Kleben: Grundlagen, Technologie, Anwendungen

909 Pages·1997·22.62 MB·German

by  Dr. rer. nat. Gerd Habenicht (auth.)

Habenicht · Kleben
Springer-Ve rlag Berlin Beideiberg GmbH
Gerd Habenicht
Kleben
Grundlagen, Technologie, Anwendungen
Dritte, völlig neubearbeitete und erweiterte Auflage
mit 243 Abbildungenund 37 Tabellen
' Springer
Dr. rer. nat. Gerd Habenicht
Universitätsprofessor, Inhaber des Lehrstuhls für Fügetechnik
im Institut für Werkstoffe und Verarbeitung
der Technischen Universität München
Arcisstraße 21
80290 München
ISBN 978-3-662-08088-7
Die Deutsche Bibliothek-Cip-Einheitsaufnahrne
Habenicht, Gerd: Kleben: Grundlagen, Technologie, Anwendungen I Gerd Habenicht
3., völlig neubearb. und erw. Aufl.-
ISBN 978-3-662-08088-7 ISBN 978-3-662-08087-0 (eBook)
DOI 10.1007I 978-3-662-08087-0
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© Springer-VerlagBerlin Heidelberg 1986,1990 and 1997
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New Y ork 1997
Softcover reprint of the bardeover 3rd edition 1997
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SPIN: 10566189 62/3020 -5 4 3 2 1 o - Gedruckt auf säurefreiem Papier
Vorwort
In den Vorworten zu der im Jahre 1986 erschienenen 1. und der im Jahre 1990
neubearbeiteten und erweiterten 2. Auflage dieses Buches wurde auf den be
sonderen interdisziplinären Charakter des Klebens aus Ingenieurwissen
schaft, Chemie, Physik sowie Thermodynamik hingewiesen, der eine ausführ
liche Gesamtdarstellung des "Fertigungssystems Kleben" erfordert. Diesem
Ziel soll ebenfalls die vorliegende 3. Auflage dienen. Vielfältige Innovationen
bei der Klebstoffentwicklung, neue Anwendungen des Klebens, Fortschritte
auf dem Gebiet der Rechneranwendung bei der Klebstoff-und Verfahrensaus
wahl sowie bei den Berechnungsmethoden haben dazu geführt, erneut eine
vollständige Überarbeitung und Erweiterung des Inhalts vorzunehmen. Da
mit soll wiederum ein Beitrag geleistet werden, das große Entwicklungs-und
Innovationspotential der Klebtechnik der Industrie, dem Handwerk und auch
der Wissenschaft zugänglich zu machen.
Wichtige Ergänzungen erfolgten auf den Gebieten der Strahlungshärtung,
der elektrisch leitfähigen Klebstoffe sowie den Grundlagen des elastischen
Klebens, dem Qualitätsmanagement bei der Herstellung von Klebungen und
den analytischen Untersuchungsmethoden. Das Kapitel "Kleben der Kunst
stoffe" wurde neu gestaltet.
Da der Umfang des Buches nicht in gleicher Weise wie das zugenommene
Wissen gesteigert werden konnte, wurde besonderer Wert auf eine ausführli
che und den entsprechenden Themenbereichen systematisch zugeordnete
Auswahl der begleitenden Literatur gelegt. Dabei wurde in vermehrtem Um
fang ebenfalls die Patentliteratur als Informationsquelle herangezogen. Somit
sind in dem ergänzenden Literaturverzeichnis nunmehr insgesamt 2879 Ver
öffentlichungen, davon 1058 aus dem angelsächsischem Sprachraum sowie
127 Patent- und Offenlegungsschriften, zusammengestellt. Da die nationalen
und internationalen Normen in besonderer Weise den aktuellen Wissensstand
eines Fachgebietes wiederspiegeln, wird auf das im Anhang zitierte - und so
weit wie möglich in Themenschwerpunkte gegliederte- Normenverzeichnis
für das Gebiet des Klebens ergänzend hingewiesen.
Einen besonderen Dank möchte ich den Damen und Herren aus Industrie
und Wissenschaft sagen, die mich mit wertvollen Informationen unterstützt
haben.
Die sorgfältige Bearbeitung des Textes sowie die Gestaltung der Bilder, Ta
bellen und Formeln durch die Mitarbeiter meines Lehrstuhls sind ebenfalls
VI Vorwort
mit großem Dank zu erwähnen. Dem Springer-Verlag bin ich erneut für die
stets hilfreiche und konstruktive Zusammenarbeit sowie für die sorgfaltige
Ausstattung sehr verbunden.
Der Autor hofft, daß auch diese Neubearbeitung von der Fachwelt wohlwol
lend aufgenommen wird und zu weiteren konstruktiven Vorschlägen und-wo
erforderlich - sachlicher Kritik als Grundlage für zukünftige Verbesserungen
und Ergänzungen führt.
München, im Herbst 1997 Gerd Habenicht
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der Formelzeichen ...... XXI
Einleitung 1
1 Einteilung und Autbau der Klebstoffe 5
1.1 Begriffe und Definitionen 5
1.2 Einteilung der Klebstoffe 6
1.2.1 Einteilung nach der chemischen Basis 6
1.2.2 Einteilung nach dem Abbindemechanismus 7
1.3 Aufbau der Klebstoffe 9
1.3.1 Chemischer Aufbau der Monomere 10
1.3.2 Aufbau der Polymere . . 12
1.3.2.1 Reaktionsmechanismen zur Polymerbildung 12
1.3.2.2 Struktur der Polymere 13
2 Klebstoffgrundstoffe 17
2.1 Polymerisationsklebstoffe 17
2.1.1 Einkomponenten-Polymerisationsklebstoffe 19
2.1.1.1 Cyanacrylatklebstoffe . . 19
2.1.1.2 Anaerobe Klebstoffe (Diacrylsäureester) 24
2.1.1.3 Strahlungshärtende Klebstoffe 31
2.1.1.3.1 Allgemeine Betrachtungen . . . . 31
2.1.1.3.2 Aufbau strahlungshärtender Klebstoffsysteme 31
2.1.1.3.3 Reaktionsmechanismen 33
2.1.1.3.4 UV-Strahlung . . . . 34
2.1.1.3.5 Energetische Betrachtungen 35
2.1.1.3.6 UV-Strahler 36
2.1.1.3.7 Photoinitiatoren 39
2.1.1.3.8 Photosensibilisatoren 41
2.1.1.3.9 Kationische Strahlungshärtung 41
2.1.1.3.10 Lichthärtung . . 42
2.1.1.3.11 Kombinationshärtung 43
2.1.1.3.12 Elektronenstrahlhärtung 43
2.1.1.3.13 Laserstrahlhärtung 46
2.1.1.3.14 Anwendungen 46
VIII Inhaltsverzeichnis
2.1.1.4 Aerobe Klebstoffe . . . . . . . . . . . . . 47
2.1.2 Zweikomponenten-Polymerisationsklebstoffe 48
2.1.2.1 Methacrylatklebstoffe . . . . . . . . . . . 48
2.1.2.2 Verarbeitungssysteme der Methylmethacrylatklebstoffe 50
2.1.3 Polymere Grundstoffe 53
2.1.3.1 Polyvinylacetat (PVAC) . . 54
2.1.3.2 Polyvinylalkohol (PVAL) 55
2.1.3.3 Polyvinylether . . . . . . 55
2.1.3.4 Ethylen-Vinylacetat (EVA) 56
2.1.3.5 Ethylen-Acrylsäure-Copolymere 57
2.1.3.6 Polyvinylacetale 57
2.1.3.7 Polystyrol (PS) . . . . . . . 58
2.1.3.8 Polyvinylchlorid (PVC) . . . 59
2.1.3.9 Polyvinylidenchlorid (PVDC) 59
2.1.4 Kautschukpolymere 60
2.1.4.1 Styrol-Butadien-Kautschuk ( SBR) 60
2.1.4.2 Styrol-Blockpolymere 61
2.1.4.3 Chloroprenkautschuk ( CR) 64
2.1.4.4 Nitrilkautschuk (NBR) 65
2.1.4.5 Butylkautschuk (IIR) 66
2.1.4.6 Polybutene . . . . . . 66
2.1.5 Sonstige Thermoplaste 67
2.1.5.1 Polyethylen (PE) 67
2.1.5.2 Polypropylen {PP) 68
2.1.5.3 Fluorierte Kohlenwasserstoffe ( Fluorthermoplaste) 69
2.2 Polyadditionsklebstoffe 71
2.2.1 Epoxidharzklebstoffe (EP) . . . . . . . 71
2.2.1.1 Aufbau der Epoxidharze . . . . . . . 71
2.2.1.2 Vernetzungsreaktionen der Epoxidharze 74
2.2.1.3 Kalthärtende Epoxidharzklebstoffe . . . 80
2.2.1.4 Warmhärtende Epoxidharzklebstoffe . . 81
2.2.1.5 Zweikomponenten-Epoxidharzklebstoffe 81
2.2.1.6 Lösungsmittelhaltige Epoxidharzklebstoffe 82
2.2.1.7 Zähharte ("toughened") Epoxidharzklebstoffe 82
2.2.1.8 Reaktive Epoxidharzschmelzklebstoffe 87
2.2.1.9 Pulverförmige Epoxidharzklebstoffe 89
2.2.2 Polyurethanklebstoffe (PUR) . . . . . . 89
2.2.2.1 Einkomponenten-Polyurethanklebstoffe 93
2.2.2.2 Zweikomponenten-Polyurethanklebstoffe 94
2.2.2.3 Polyurethandispersionen . . . . . . . . 94
2.2.2.3.1 Emulgatorhaltige Dispersionen . . . . . 95
2.2.2.3.2 Emulgatorfreie Dispersionen . . . . . . 95
2.2.2.4 Lösungsmittelhaltige Polyurethanklebstoffe 97
2.2.2.5 Reaktive Polyurethan-Schmelzklebstoffe 98
2.2.2.6 Thermisch aktivierbare Polyurethanklebstoffe 99
2.2.2.7 Radikalisch vernetzende Polyurethanklebstoffe 100
Inhaltsverzeichnis IX
2.2.3 Polycyanurate 102
2.3 Polykondensationsklebstoffe 102
2.3.1 Formaldehydkondensate 103
2.3.1.1 Phenol-Formaldehydharz-Klebstoffe (PF) 103
2.3.1.2 Kresol-/Resorzin-Formaldehydharz-Klebstoffe 106
2.3.1.3 Harnstoff-Formaldehydharz-Klebstoffe (UF) 106
2.3.1.4 Melamin-Formaldehydharz-Klebstoffe 108
2.3.1.5 Formaldehydemissionen 109
2.3.2 Polyamide (PA) 109
2.3.3 Polyester 112
2.3.3.1 Gesättigte Polyester und Copolyester 112
2.3.3.2 Ungesättigte Polyester 115
2.3.4 Silicone 116
2.3.4.1 Einkomponenten-RTV-Systeme 117
2.3.4.2 Zweikomponenten-RTV-Systeme 119
2.3.4.3 Silicon-Trennmittel 121
2.3.4.4 Silanmodifizierte Polymere (SMP) 123
2.3.5 Polyimide (PI) 124
2.3.6 Polybenzimidazole 126
2.3.7 Polysulfone 127
2.3.8 Polysulfide 128
2.4 Zusammenfassende Darstellung der Polyreaktionen 129
2.5 Klebstoffe auf natürliche Basis 133
2.5.1 Klebstoffe auf Basis tierischer Naturprodukte 134
2.5.1.1 Klebstoffe auf Glutinbasis 134
2.5.1.2 Klebstoffe auf Caseinbasis 135
2.5.1.3 Kleben in der Natur 135
2.5.2 Klebstoffe auf Basis pflanzlicher Naturprodukte 136
2.6 Klebstoffe auf anorganischer Basis 137
2.7 Klebstoffzusätze und haftvermittelnde Substanzen 141
2.7.1 Härter 141
2.7.2 Vernetzer 142
2.7.3 Beschleuniger und Katalysatoren 143
2.7.4 Weichmacher 143
2.7.5 Harze 144
2.7.6 Wachse 146
2.7.7 Füllstoffe 146
2.7.8 Stabilisatoren 149
2.7.9 Haftvermittler 149
2.7.10 Prim er 153
2.7.11 Lösungsmittel 154
3 Klebstoffarten 157
3.1 Reaktionsklebstoffe 157
3.1.1 Reaktionskinetische und physikalische Grundlagen 158
3.1.1.1 Einfluß der Zeit 158