Fachinformationen rund um's Kleben von

Kupfer kleben

Kupfer ist seit dem Altertum bei den Menschen ein überaus beliebter Werkstoff. Das Metall hat sogar den Begriff der Bronzezeit mitgeprägt. Auch heute noch ist der Werkstoff etwa für Elektroanwendungen oder als Material für Klempnerarbeiten nicht mehr wegzudenken. Als Fügetechnik setzt sich heute immer mehr das Kleben von Kupfer durch. Da sich Kupfermaterialien gut löten lassen, hat sich die Klebetechnik hier zwar erst relativ spät etabliert, doch für strukturelle Verklebungen im Bauwesen wie z. B. bei Blechverkleidungen und Abdeckungen im Klempner-, Dachdecker- und Fassadenbereich sind leistungsfähige Klebstoffe heute unentbehrlich.

Kleine Materialkunde Kupfer

Kupfer kommt auf der Erde relativ selten gediegen (d. h. in seiner elementaren Form aus der Schmelze erstarrt) als kupferrote metallisch glänzende Nuggets vor. Meist ist das begehrte Metall in Erzen, Sanden oder Kiesen gebunden. Aus derartigem Kupferkies (CuFeS2) wird das Buntmetall über die Zwischenstufe Kupferstein (Cu2S) mittels Koks geröstet, die Fremdmineralien über die erschmolzene Schlacke entfernt und anschließend zu Rohkupfer weiterverarbeitet. Mittels elektrolytischer Raffination entsteht am Schluss des Prozesses Feinkupfer, das z. B. in Barrenform auf den Markt kommt.

Geschichte

Im Lateinischen kommt die Bezeichnung für Kupfer von cyprium, was so viel bedeutet wie „Erz, das von der Insel Zypern stammt“, auf der das Metall bereits im Altertum gewonnen wurde. Kupfer zählt zu den ältesten von Menschen verarbeiteten Metallen. Folgend auf die Jungsteinzeit prägte es namentlich schon die Bronzezeit, deren werkstoffliche Basis Kupfer sowie Kupfer-Zinn-Legierungen waren. Da Kupfer einfach zu ver- und bearbeiten ist, wurde es schon von den frühesten bekannten Kulturen verwendet. Die Römer waren dann die Ersten, die bereits eine vorindustrielle Massenproduktion von Kupfer etablierten.

Technische Eigenschaften

Dichte 8,93 g/cm³
Schmelzpunkt 1084,62 °C
E-Modul 100…130 GPa
Wärmeleitfähigkeit 400 W/mK

Kupfer ist diamagnetisch

Verwendung

Kupfer ist als vergleichsweise weiches Metall zäh und gut formbar. Vielseitige Verwendung findet der ausgezeichnete Wärme- sowie Stromleiter zum Beispiel für die meisten Elektroanwendungen wie Stromkabel und -schienen, für Dacheindeckungen, Regenrinnen und -rohre, Armaturen, Kessel, Präzisionsteile sowie für Münzen, Schmuck, Bestecke, Musikinstrumente, Kunstgegenstände und einiges mehr. Gerade Dächer werden seit altersher mittels Kupferblech eingedeckt, das dann unter den Witterungseinflüssen im Laufe der Zeit meist eine beständige grünliche Patina aus diversen Kupfercarbonaten/ -hydroxiden ausbildet. Diese schützt das darunterliegende Metall ideal vor fortschreitender Korrosion, was dazu führt, dass Kupferdächer durchaus einige hundert Jahre überdauern können.

Kupfer kleben (statt löten)

Generell lässt sich Kupfer nach unterschiedlichen Verfahren fügen, u. a. durch:

  • Löten (Weich-, Hartlöten sowie Hochtemperaturlöten)
  • Schweißen
  • Pressen
  • Kleben

Klebetechnische Aspekte bei Kupfer

Da sich Kupfermaterialien gut löten lassen, hat sich die Klebetechnik hier zwar erst vergleichsweise spät etabliert. Doch heute setzt sich auch immer mehr das Kleben von Kupfer durch. Denn das klassische Weichlöten, z. B. von Kupferrohren benötigt viel Knowhow und Erfahrung, etwa um die erforderliche Temperatur exakt einzuhalten, sonst kann es leicht zu Undichtigkeiten kommen. Zudem ist das Weichlöten bisweilen nur beschränkt einsetzbar. Kupferrohre hart zu löten ist zwar einfach, doch kann im Inneren der Rohre leicht Zunder entstehen, was wiederum schnell zur Korrosion und Lochfraß führt.

Des Weiteren gilt es, Kupfer häufig auch mit weiteren Metallen zu verbinden. Generell sind hiermit in aller Regel Korrosionsprobleme verbunden, besonders, wenn edle mit unedlen Metallen zusammenkommen: Im Extremfall löst sich das unedlere Metall dabei komplett auf. Hier kann ein Klebstoff seine Vorzüge voll ausspielen, denn er bildet zugleich eine Schutzschicht gegen Kontaktkorrosion der unterschiedlichen Metalle. Zudem lassen sich per Klebeverbindungen nicht bloß Kupfer miteinander, sondern idealerweise auch Kupfer mit anders gearteten Werkstoffen, z. B. Kunst- oder Schichtstoffen sowie Holz usw. fügen.

Oberflächenvorbehandlung

Generell können Kupfer und auch Kupferlegierungen zwar gut geklebt werden. Um qualitativ erstklassige Klebeverbindungen zu erzeugen, ist jedoch großer Wert auf eine gründliche Oberflächenvorbereitung zu legen. Gleich im Anschluss an eine spanende Bearbeitung eignen sich Kupferoberflächen am besten zum Kleben. Bisweilen ist auch das Aufbringen einer Haftgrund-Zwischenschicht angeraten. Für den Fall, dass lackierte Oberflächen zu kleben sind, sollte vorab die Haftfestigkeit der Lackierung geprüft werden. Gut vorbereitet und mit dem passenden Klebstoff erreichen die Festigkeiten von Klebeverbindungen dann durchaus die Größenordnung von Weichlötverbindungen.

Silikonklebstoffe bei Kupfer haben den Vorteil, dass sie gleichzeitig über gewisse Abdichtungseigenschaften verfügen. Dies ist vorteilhaft etwa bei Verklebungen von Bauteilen, die dynamisch belastet werden oder bei Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungseigenschaften wie z. B. Kupfer und Holz. Metalle sind zudem gute Wärmeleiter und so werden zu ihrer Verbindung häufig Klebstoffe benötigt, die über ähnliche Eigenschaften verfügen. Für derartige Zwecke sind wärmeleitende Silikonklebstoffe auf dem Markt.

Acrylatklebstoffe sind bei Kupfer-Klebungen weniger empfehlenswert, da Kupfermaterialien in Zusammenhang mit Acrylatklebstoffen bisweilen Kupferacrylate bilden können, die die Klebeverbindung unterwandern und dazu führen, dass die Klebeverbindung nicht lange hält.

Bestens geeignet sind wiederum 2-Komponenten-Klebstoff auf Epoxidharz-Basis. Diese bieten hochfeste Verbindungen auf Kupfer-Oberflächen für Anwendungen in der Industrie und im Metallbau. Ein Beispiel für einen bewährten, marktgängigen Klebstoff ist hier etwa Scotch-Weld DP 100 von 3M. Dabei handelt es sich um einen schnellen Klebstoff für statische Belastungen mit hohen Scherfestigkeiten, der sich auch zum Vergießen eignet. Auch das Produkt Scotch-Weld DP 105 erzielt hohe Schälkräfte auf Kupfer-Kupfer sowie Kupfer-Metall-Verbindungen (Stahl, Aluminium). Ebenso mit einer Vielzahl von Kunststoffen oder Holz.

Um Kunststoffe wie ABS, PVC-hart, PC, PS oder Faserverbundwerkstoffe mit Kupfer zu kleben, eignet sich Scotch-Weld DP 460, ein zähelastischer, dickflüssiger 2-K-Konstruktions-Klebstoff auf Epoxidbasis mit langer Verarbeitungszeit, hoher Festigkeit und einem guten Alterungsverhalten.

Speziell für hitzebeständige Kupfer-Klebungen kommt Scotch-Weld DP 760 in Frage, ein nicht fließender Zweikomponenten-Konstruktionsklebstoff auf Epoxidbasis, der bei Raumtemperatur aushärtet und sogar Temperaturbelastungen bis maximal 230°C standhält.

Mit Zweikomponenten-Klebstoff auf Polyurethanbasis lassen sich hohe strukturelle Festigkeiten nicht nur bei Verbindungen aus Kupfer bzw. Kupfer-Zink-Legierungen erzielen, sondern auch mit klassischem Kohlenstoffstahl, Edelstahl oder Aluminium.

Elastischeeinkomponentige Klebstoffe auf Polyurethanbasis werden gerne für strukturelle Verklebungen im Bauwesen, wie z. B. bei Blechverkleidungen und Abdeckungen im Klempner-, Dachdecker- und Fassadenbereich genommen. Hier kommen sie bspw. zum flächigen Verkleben von Blechen (z. B. Kupfer aber auch Zink ab 0.4 mm Stärke) im Innen- und vor allem im Außenbereich auf Holz, Stein, Beton, Metall usw. zum Einsatz. Solche Klebstoffe härten durch die Luftfeuchtigkeit zu einem Elastomer aus.

Wird bei Kupfer-Klebungen eine sofortige Anfangsfestigkeit benötigt, ist auch ein Kontaktklebstoff auf Basis Polychloropren eine gute Wahl.

Profitipp: Kleben von Kupfer am Dach

Kupferblech-Abdeckungen können auf staubfreien, trockenen und glatten Oberflächen ohne Vorstoß mit geeigneten Klebstoffen entsprechend Herstellerangaben geklebt werden. Bei dieser Verlegung sind Schiebenähte erforderlich, mit denen sich Bewegungen auffangen lassen. Mindestwerkstoffdicken bei Kupferblech Abdeckungen ohne Unterkonstruktion betragen:

  • bei Dachrandabschlüssen 0,8 mm
  • für Abdeckungen am Mauerwerk 0,7 mm
  • und für Bauwerkanschlüsse 0,7 mm.

Grundsätzlich muss die Klebefläche der Metalle stets sauber sein, d.h. frei von Schmierstoffen wie Öl, Fett sowie Oxydschichten und Schmutz. Ein anschließendes Blankschleifen der Oberfläche verbessert die Klebeeigenschaften.