Fachinformationen rund um's Kleben von

Metallklebstoff

Für die Verbindung von Metallen untereinander oder mit anderen Verbundstoffen ist heute ein breites Spektrum an Metallklebstoffen bzw. Klebebändern verfügbar: für hohe Zugscherfestigkeiten genauso wie für gute Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit oder dynamische Belastungen.

Nicht nur beim Kleben von Metallen hängt die Auswahl der Klebstoffe bzw. Klebebänder stark von der Energie der zu verklebenden Oberfläche ab. Die sogenannte Oberflächenenergie ist ein Maß dafür, wie gut ein Klebstoff auf der zu verklebenden Oberfläche haften kann. Im Vergleich zu vielen Kunststoffen weisen Metalle eine hohe Oberflächenenergie zwischen 1.000 und 5.000 mN / m auf (Polytetrafluorethylen, PTFE z.B. nur 18 mN / m) und eignen sich daher für eine gute Benetzung mit Klebstoffen.

Für die Auswahl eines geeigneten Klebstoffes bedeutet dies, einen Klebstoff mit niedriger Oberflächenspannung zu wählen, denn je niedriger die Viskosität des Klebstoffes, um so leichter ist die Benetzung der Werkstückoberfläche.

Die meisten Klebstoffe für Metall sind daher Zweikomponentenklebstoffe (Harz und Härter), hauptsächlich aus Epoxidharz-, Polyurethan- oder Acrylatharzen.

Einteilung der Metallklebstoffe

  • Die oben erwähnten Harze zählen zu den Reaktionsklebstoffen bzw. chemisch abbindenden Klebstoffen, weil sie nach dem Auftragen und Zusammenfügen der Teile unter Luftabschluss miteinander oder mit der Luftfeuchtigkeit (Cyanacrylatklebstoffe) reagieren. Da Reaktionsklebstoffe, anders als physikalisch abbindende Klebstoffe keine Lösungsmittel enthalten, sind sie besonders geeignet für glatte, nicht poröse und feste Materialien wie z.B. Metalle, Glas, Keramik. Die Klebestellen sollten aber vor dem Fügen durch Anschleifen von anhaftenden Oxidschichten befreit werden.
  • Physikalisch abbindende Klebstoffe, bei denen die Klebeschicht durch das Ablüften eines Lösungsmittels gebildet wird, sind nur geeignet um Metalle (undurchlässiges Werkstoffe) mit porösen Werkstoffen wie z.B. Holz zu verbinden. Hingegen sind sie ungeeignet um zwei undurchlässige Werkstoffpaarungen wie z.B. Metall – Metall zu verbinden, da bei größeren Klebeflächen ein ausreichendes Ablüften und somit eine gute Bindung nicht möglich ist.

Verbreitete Industrieklebstoffe für Metall

  • Methacrylat Klebstoff bzw. MMA Klebstoff zählt zur Gruppe der Acrylat-Klebstoffe und wird z.B. zum Kleben von Edelstahl eingesetzt. Der Härtemechanismus beruht auf einer Polykondensation, die durch einen Initiator/Härter in Form einer Kettenreaktion stattfindet. Der MMA Klebstoff ist ein Multitalent, so z.B. als Metallklebstoff. Er verfügt über eine sehr niedrige Oberflächenspannung und eignet sich deshalb hervorragend für Metall, aber auch Kunststoff.
  • 2K Epoxidharz Klebstoffe: Gute Klebe-Ergebnisse lassen sich mit diesem typischen Metall-Klebstoff erzielen, der auch zum Kleben von Metall mit Faserverbundbauteilen, Holz und Keramik geeignet ist. Epoxidharzklebstoffe sind auch harte und hochfeste Edelstahlklebstoffe. Sie erreichen hohe Festigkeitswerte von über 30 MPa sowie gute Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit.
  • Azetatsilikon verbindet als Glasklebstoff transparent auch Aluminium, Edelstahl und Keramik.
  • Daneben auch noch Schmelzklebstoffe gebräuchlich: Dieser wird in geschmolzenem Zustand ca. 150°C – 190°C aufgetragen und die Teile müssen vor erstarren der „Schmelze“ gefügt werden. (Bp. Heissklebepistole)

Anwendungen für Metallklebstoffe

  • Anaerobe Klebstoffehärten unter Luftabschluss, also anaerob, und bilden dabei gleichzeitig einen guten Kontakt zu Metallionen. Als einkomponentige Klebstoffe werden sie vorzugsweise zur Schraubensicherung, Rohrabdichtung, Gewinde- und Flächendichtung und bei der Verklebung von coaxialen metallischen Fügeteilen (Welle-Nabe-Verbindungen/ Kugellager, Lager, Buchsen) eingesetzt. Diese Metallklebstoffe sind in verschiedenen Festigkeitsklassen (von wieder lösbar bis hochfest oder auch wärmefest) auf dem Markt, passend, um z.B. Rohrdichtungen fest oder Schraubengewinde wieder lösbar zu befestigen.
  • Klebebänder für Metallklebungen, z.B. solche mit Acrylatklebstoff, weisen ebenfalls hohe Anpassungsfähigkeiten an die zu klebenden Oberflächen auf. Sie eignen sich ideal für die Verbindung gleichartiger und unterschiedlicher Werkstoffe wie Metall (z. B. Stahl, Edelstahl und Aluminium auch mit pulverlackierten Oberflächen) mit Kunststoff, Holz oder Glas. Leistungsfähige Bänder, wie die VHB-Reihe von 3M, bestehen aus 100% geschlossenzelligem Acrylatklebstoff und ermöglichen aufgrund der Flexibilität der Klebeverbindung ein spannungsfreies Kleben. Sie sind temperatur-, witterungs- und UV-beständig.

Vorteile und Nachteile von Klebebändern gegenüber 1K- / 2K-Metallklebstoffen

Klebebänder1K- / 2K-Metallklebstoffe
schneller Verbindungsprozess, gute Soforthaftung, schnelle Belastbarkeit höhere mechanische Festigkeit
keine teuren Maschinen erforderlichmeistens Erweichung bei Erwärmung mit einhergehender Klebkraftreduktion
kaum Nachbearbeitungenbis auf wenige Ausnahmen keine Verarbeitung unter 5°C möglich
guter Ausgleich von Unebenheiten/ Fertigungstoleranzenbei statischer (permanenter) Belastung Neigung zum Kriechen
gute Aufnahme von dynamischen Kräften, kein Ermüden innerhalb Grenzenmögliche Alterung durch Bewitterung und UV
gute Dämpfung von Vibration und Schallweiterleitung
isolierend oder wärmeleitend – ja nach verwendetem Typ

Metallklebstoffe: Neuentwicklungen

Neu entwickelte Metallklebstoffe auf Methacrylat-Basis erleichtern Fügeaufgaben etwa im Elektromotorenbereich. Solche mittelviskose Klebstoffe haften auf Stahl und Aluminium genauso gut, wie auf Magneten aus Seltenen Erden, die oft aus einer Eisen-Neodym-Mischung bestehen, und halten Temperaturen bis zu 180 °C aus. Methacrylate härten unter UV- oder sichtbarem Licht z.B. an einer Kehlnaht innerhalb von sechs Sekunden aus. Im Gegensatz zu ein- oder zweikomponentigen Epoxidharzen benötigen lichthärtende Methacrylate also deutlich weniger Zeit bis zur Weiterverarbeitung und ermöglichen somit schnellere Produktionsprozesse.

Beispiele: Metallklebstoffe für Keramik, Kunststoffe, Holz und Gummi

Material / AnwendungKlebstofftyp Reaktionsbedingungen
Anzahl der
Komponenten
Abbinde-
temperatur
Reaktions-
produkte
Metalle, Keramik,
Kunststoffe
EpoxidSäureanhydride2warm
Metalle, Keramik,
Kunststoffe
EpoxidPolyamine2kalt
Metalle, Keramik,
Kunststoffe
PolysocyanatePolyole2kalt
Metalle,
Keramik
PlastisolklebstoffPVC1warmohne
Holz, Gummi,
Kunststoffe, Metalle
KontaktklebstoffPolychloropen1kaltverdunsten vor
dem Kleben