Fachinformationen rund um's Kleben von

PMMA kleben

Polymethylmethacrylat (PMMA) – bekannt u.a. auch als Acryl- bzw. Plexiglas – besticht durch seine optischen sowie Oberflächen-Eigenschaften. Beim Einsatz bestimmter Lösemittel zur Klebevorbereitung ist allerdings Vorsicht geboten. Ansonsten ist eine breite Palette leistungsfähiger Klebstoffe für die effiziente Verbindung von PMMA mit zahlreichen anderen Werkstoffen auf dem Markt.

Kleine Materialkunde PMMA

Polymethylmethacrylat (Kurzzeichen PMMA) ist ein transparenter, thermoplastischer Kunststoff, der mittels Substanzpolymerisation im Kammerverfahren aus Erdölderivaten hergestellt wird. Ebenso ist eine anionische Polymerisation möglich.

Strukturformel PMMA: (C5O2H8)n

Es wird unterschieden zwischen:

  • gegossenem hochmolekularem PMMA, das zu den Thermoelasten zählt. Dies verhalten sich jedoch typischerweise wie Thermoplasten. Die weitere Verarbeitung erfolgt mittels Thermoformen sowie spanend.

und

  • thermoplastischem PMMA, das mittels Extrudieren, Spritzgießen, Thermoformen, Schweißen sowie spanend verarbeitet werden kann.

Geschichte

Der Kunststoff PMMA wurde 1928 fast zugleich in Großbritannien sowie Deutschland entwickelt. Hierzulande war der Chemiker Walter Hermann Bauer federführend. Wegen seiner hervorragenden Lichtdurchlässigkeit wurde gegossenes PMMA schon früh 1933 als sog. Acrylglas produziert und auf den Markt gebracht. Hierzulande geschah dies durch den Chemiker Otto Röhm, der sich PMMA unter dem bekannten Handelsnamen Plexiglas patentieren ließ. Plexiglas ist heute eingetragener Markenname des Chemieunternehmens Evonik Röhm GmbH.

Technische Eigenschaften

Zwar ist die Festigkeit von PMMA nur mittelmäßig, doch verfügt der Stoff über eine hohe Steifigkeit und eine ebensolche Schlagzähigkeit (die immerhin das sechsfache von Silikatglas beträgt). PMMA ist nach spezieller Oberflächenbehandlung deutlich kratzunempfindlicher als andere Thermoplaste und besitzt eine polierfähige Oberfläche. Das Material ist im Außenbereich nicht nur überaus witterungs-, licht- und alterungsbeständig, sondern auch widerstandsfähig gegenüber Benzin, Öl, Laugen und Säuren mittlerer Konzentration. Von Benzol, Aceton, Ketonen und Ethanol wird PMMA jedoch angegriffen. Daher ist auch besondere Vorsicht geboten, wenn etwa Acrylglasflächen mittels Lösungsmitteln oder Alkohol gereinigt werden.

Dichte1,19, g/cm³
E-Modul (bei Zug) 2700 bis 3200 N/mm²
Reißfestigkeit 70 N/mm²
Wärmeleitfähigkeit 0,19 W/(m·K)
Optischer Brechungsindex 1,492 (bei mineralischem Glas: 1,45–1,9)

Um PMMA zu identifizieren, empfiehlt sich eine Brennprobe: Polymethylmethacrylat brennt mit leicht gelber Flamme und süßlichem Duft, hörbar knisternd, rückstandsfrei und tropfend. Im Vergleich zu PS klingt PMMA bei einem Klopftest wegen seiner niedrigeren Härte nicht blechern.

Einsatzgebiete

PMMA zählt aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften und seiner zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten in Industrie und Gewerbe zu den technischen Kunststoffen als auch zu den Gebrauchs-Kunststoffen. Da das Material Licht im Vergleich zu gewöhnlichem Mineralglas sogar besser transmittiert und sehr gut einfärbbar ist, wird der Kunststoff sowohl für eine breite Palette transparenter, aber auch nicht-transparenter Produkte eingesetzt:

  • Bausektor: Polymerbeton, Industriefußböden, Verglasungen, transparente Flachdächer,  Lichtkuppeln, Industrietorverglasungen, Sanitär- und Einrichtungsbauteile z. B. für Badewannen, Waschbecken, Duschkabinen
  • Luftfahrzeugbau: Flugzeugverglasungen, Hauben, Scheinwerferabdeckungen
  • Maschinen-/ Anlagenbau: Schutzhauben und Schutztüren
  • Automobilindustrie: Leuchtengläser, Lichtleiter, Reflektorverkleidungen sowie Verkleidungen bei A-/B- und C- Säulen
  • Lebensmittelindustrie: Leistungsrohre für Säfte, Bier oder Milch
  • Design-Elemente bei Möbeln, Raumleuchten oder Türfüllungen
  • Leiterplatten und Schaltkreise
  • Optische Industrie: Fresnel-Linsen, Uhrglas
  • Medizin: Zahnprothesen und Verbandsschienen
  • Textilindustrie: Inhaltsstoff von Polyacryl-Copolymerfasern
  • Musikinstrumente: Schlagzeuge, Tastenbeläge von Klavieren
  • Haushaltwaren: Behälter, Gehäuse, Schüsseln, Salz- und Pfeffermühlen, Flachbildschirme, Fernsehgeräte-Schutzscheiben, Schalterteile, Skalen, Leuchtenabdeckungen.

Klebeeigenschaften von PMMA

Aufgrund seines chemischen Aufbaus ist PMMA polar sowie lösungsmittellöslich und lässt sich aufgrund dessen gut kleben. Allerdings stellt das meist transparente Material aber auch optisch hohe Ansprüche an die Klebstoffe.

Geeignete Klebstoffe für PMMA

Unter anderem haben Lösemittelklebstoffe den Vorteil, dass sie schnell aushärten und somit eine schnelle Anfangsfestigkeit bieten, dadurch aber nur für kleinere Flächen geeignet sind.

Profitipp: Polare Lösemittel zu denen zum Beispiel Methylethylketon (z.B. Butanon), Aceton u.a. zählen, können bei PMMA zur Spannungsrissbildung führen. Daher sollten Oberflächen dieses Materials nicht mit derartigen Lösungsmitteln gereinigt werden. Die Oberfläche würde dann Schaden nehmen mit der Folge, dass ein erfolgreiches Kleben scheitern könnte.

Mit unpolaren Reinigern, wie etwa Isopropanol oder n-Heptan erzielt man hier deutlich befriedigerende Ergebnisse, da sie Spannungsrissbildung in PMMA vermeiden. Es empfiehlt sich Isopropanol vor dem Klebstoffauftrag einige Minuten ablüften zu lassen.

Bisweilen sind PMMA-Bauteile auch mit einer Kratzfestbeschichtung oder -lackierung versehen, die auf Polysiloxanen basieren. Bei ersteren zeigen Polyurethan-Klebstoffe etwa zusammen mit Glasprimern gute Ergebnisse. Als 2-Komponenten-Systemeeignen sich Polyurethan-Klebstoffe auch für übliche sichtbare Stoß- und Gehrungsklebungen.

Zu diesen Klebstoffen zählt etwa Scotch-Weld DP 610 von 3M. Dieser schnellhärtende glasklare Konstruktionsklebstoff klebt speziell transparente Kunststoffe und neben PMMA mit sich selber auch PMMA mit Kunststoffen wie ABS, PC, PS, PET sowie lackierten, geprimerten oder beschichteten Metalloberflächen. DP 610 verfügt über gute Fließeigenschaften und eine hohe UV- und Witterungsbeständigkeit, was kein späteres Vergilben zur Folge hat. Bei PMMA-Klebungen erreicht der Klebstoff Zugscherfestigkeiten von 3 MPa.

PMMA lässt sich auch gut mittels MMA-Klebstoffen (Methylmethacrylat) kleben, die styrolfrei sind. Es handelt sich quasi um flüssiges Plexiglas. Unter Umständen können solche Klebstoffe abhängig von der PMMA-Formulierung aber zu Spannungsrissen auf der Oberfläche führen. Daher empfiehlt es sich also, die Klebemöglichkeiten vorab an kleineren Materialstellen zu testen.

Zu den PMMA-geeigneten lösemittelfreien 2-K-Konstruktionsklebstoffen auf Acrylatbasis und zählt beispielsweise der elastische, transparente Scotch-Weld DP 8005. Dieser verbindet PMMA auch mit Kunststoffen wie ABS, Hart-PVC, PC, Faserverbundwerkstoffen sowie Metallen, Glas, Holz etc. mit guten Festigkeiten.

Zweikomponenten-Konstruktionsklebstoffe auf Epoxidharzbasis erreichen bei PMMA Zugscherfestigkeiten von 4 MPa und dies bei einem guten Alterungsverhalten. Dazu zählen etwa der 3M-Klebstoff Scotch-Weld DP 490 für das Kleben von Kunststoffen wie PMMA, ABS, PVC-hart, PC, Faserverbundwerkstoffen und Metallen. Dieser ist speziell geeignet für hoch beanspruchte Klebeverbindungen insbesondere bei Konstruktionen an Maschinen- oder Fahrzeugkomponenten, wo die geklebten Werkstoffe Vibrationen oder Schlagbelastungen ausgesetzt sind.

Grundsätzlich funktionieren PMMA-Verbindungen auch mit Sekundenklebern– gerade wenn es sich nicht um Flächenklebungen handelt. Doch sollte man zuvor prüfen, ob sich diese jeweils mit dem PMMA-Material vertragen, denn je nach Produkt kann es gräuliche und deutlich sichtbare Schlieren zur Folge haben.

Bausilikon ist zwar bei PMMA prinzipiell auch gut zum Kleben geeignet, jedoch vorzugsweise wenn flächig verklebt werden muss und es sich um nicht transparente Substrate handelt.

Mit Hochleistungs-Klebebändern lassen sich transparente Werkstoffe wie PMMA mit Glas, Polycarbonat und anderen hochenergetischen Werkstoffen wie Metallen, lackierten Oberflächen und Kunststoffen im Innen- und Außenbereich praktisch und leicht verbinden.

4 Tipps zum Kleben von PMMA

  1. Klebestellen zuvor mit Isopropanol reinigen. Vorsicht beim Kontakt mit später sichtbaren Oberflächen.
  2. Werkstücke fxieren; mit Hilfskonstruktion aus dünnem Pappkarton Klebespalt bilden.
  3. Klebstoff in die Lücke zwischen den zu klebenden Bauteilen fließen lassen und aushärten lassen.
  4. Werden die beiden Werkstückhälften erst nach dem Klebstoffauftrag gefügt, reicht Auftrag auf einem der Klebepartner aus.

Profitipp: Bei Rissen in transparentem PMMA-Material, zum Beispiel in Bootsfenstern oder bei Flugzeughauben sollte man, um einen Rissfortschritt zu verhindern, wenige Millimeter vor dem Rissende im intakten Material ein mindestens 2 Millimeter großes Loch bohren. Dies verhindert eine Ausweitung des Risses bis zur späteren Reparatur.

Sicherheitstipps: Gerade beim Umgang mit Lösemitteln wie Methylethylketon / Butanon, Aceton, anderen Ketonen sowie speziellen Klebstoffen (Herstellerangaben prüfen), sollte man sich durch Schutzkleidung sowie spezielle Handschuhe schützen. Zudem ist der Raum, in dem der Klebstoff angewandt wird, gut zu lüften.