Fachinformationen rund um's Kleben von

PU Klebstoff

Alleskönner mit gutem Haftvermögen

Klebstoffe auf Polyurethan-Basis bieten vielfältige Einsatzmöglichkeiten und ein breites Spektrum an Eigenschaften für die jeweiligen Anwendungserfordernisse: von flexibel bis hart mit hoher Scherfestigkeit, guter Schlagfestigkeit, hoher Witterungsbeständigkeit und bestens geeignet für Kombinationsverklebungen verschiedenster Werkstoffe.

Polyurethan Zweikomponenten-Klebstoff

Häufig finden sich Polyurethan-Klebstoffe als Zweikomponentenklebstoff (2K), bestehend aus Harz (meist Polyol) und Härter (meist MDI, Methylene Diphenyl Diisocyanate), die bei Gebrauch in einem ganz bestimmten Verhältnis gemischt werden. Das Mischungsverhältnis zwischen Klebstoff und Härter liegt in der Regel zwischen 100:15 bis 100:30 Gewichtsteilen, in Einzelfällen auch bei 1:1 Volumenteilen.

2K Konstruktionsklebstoffe auf Polyurethanbasis zeichnen sich aus durch:

  • hohe strukturelle Festigkeiten: gute Schälkraft bei hoher Scherfestigkeit und gute Schlagfestigkeit
  • gute Alterungseigenschaften, UV-Beständigkeit (kein Vergilben) sowie hohe Witterungsbeständigkeit
  • Polyurethan-Klebstoffe überbrücken einen relativ großen Spalt
  • geeignet für großflächige Verklebung
  • Zugscherfestigkeiten bis 8 N/mm²
  • Sie sind einfach, schnell und sauber zu verarbeiten und haften auf fast allen Oberflächen: Dosieren – Mischen – Auftragen in nur einem Arbeitsgang.
  • geeignet für Metall, Holz, Kunststoff

Gebräuchliche PUR-2K-Klebstoffe werden meist nach Härtegraden klassifiziert:

  • „Hart“ eingestellte Klebstoffe erzielen hohe Scherfestigkeiten und sind für statische Belastungen ausgelegt.
  • „Flexibel“ bzw. elastische eingestellte Klebstoffe mit bis zu 600% Reißdehnung für dynamische und Schockbelastungen.
  • Zähelastische Klebstoffe vereinigen die Vorteile der harten und der zähelastischen Typen

Einsatzgebiete

Die 2K-PUR-Klebstoffe zählen zu den am häufigsten eingesetzten Reaktionsklebstoffen mit einem breitem Anforderungsprofil für technische Anwendungen. Die absoluten Festigkeitswerte von sind z. B. bei Metallverklebungen zwar nicht so hoch wie bei Epoxid-Klebstoffen, dafür aber vielseitiger in den Adhäsionseigenschaften zu unterschiedlichsten Oberflächen – deshalb eignen sie sich vor allem für Kombinationsverklebungen verschiedenster Werkstoffe, besonders etwa zum Verbinden von Kunststoffen und Holz.

Materialeignung PUR-2K-Klebstoff:

MaterialEignung
Metallesehr gut geeignet (nur auf geprimerten oder lackierten Oberflächen)
Kunststoffe ABS, PET, PC, PSsehr gut geeignet
Elastomere / Gummigeeignet
Glas / Keramiksehr gut geeignet
Leder / Gewebe / Filzgeeignet
Holz / Kork / Pappesehr gut geeignet

Profitipps für das Kleben mit 2K-PUR-Klebstoff

  • Ein großer Vorzug von 2-K-PUR-Klebstoffen liegt in der Möglichkeit, die Reaktion durch einen Beschleuniger zu beeinflussen, um zu kürzeren Härtezeiten zu kommen. Der Beschleuniger wird zusätzlich zum Klebstoff und Härter eingemischt (er kann auch bereits Bestandteil des Klebstoffes sein) und hat nur Einfluss auf die Geschwindigkeit der Härtungsreaktion ohne die sonstigen Eigenschaften des Klebstoffes zu verändern.
  • Wichtig ist das Mischungsverhältnis nach Vorgaben des Herstellers exakt einzuhalten (Abweichungen davon verändern die Eigenschaften!). Es ist darauf zu achten, dass beim Mischen nicht zu viel Luft eingemengt wird (Schwachstellen im Klebstoff).
  • Nach dem Anmischen des Klebstoffs ist die Verarbeitungszeit begrenzt, diese wird vom Hersteller als so genannte Topfzeit angegeben.
  • Die Topfzeit und die Härtezeit hängen von der Geschwindigkeit der chemischen Reaktion zwischen den beiden Komponenten ab. Die verschiedenen Produkte können sich darin wesentlich unterscheiden. Gemeinsam ist allen, dass die Reaktionsgeschwindigkeit temperaturabhängig ist. Eine praktikable Faustregel besagt: 10° C Temperatursteigerung bringt ca. die doppelte Geschwindigkeit (= halbe Härtezeit). Da der Härteprozess meist eine exotherme Reaktion ist, verflüssigt die dabei entstehende Wärme das Gemisch und täuscht eine längere Topfzeit vor.
  • Bei der Härtezeit muss man unterscheiden zwischen der Zeit bis zum Erreichen einer sogenannten Mindestfestigkeit und der Endfestigkeit. Die Mindestfestigkeit wird oft auch Handling-Festigkeit oder Weiterbearbeitungsfestigkeit genannt und beträgt meist nur 20-30% der Endfestigkeit. Bei einem typischen Klebstoff dieser Gruppe (mit einer Topfzeit von 60–90 Minuten) wird beispielsweise die Mindestfestigkeit nach 8–12 Stunden erreicht, während die Endfestigkeit erst nach 4–7 Tagen erreicht wird.
  • Substrate müssen bis zur Aushärtung/Vernetzung fixiert werden. Wenn höhere Drücke angewandt werden, geschieht dies nur, um evtl. unter Spannung stehenden Werkstoffe eng aneinander zu pressen und dadurch die Klebefugen eng und den Klebstoffverbrauch niedrig zu halten.
  • Beim Kleben unterschiedlicher Materialien können durch verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten Spannungen in der Klebefuge entstehen die diese schwächen.
  • Einseitiger Klebstoffauftrag ist ausreichend.
  • Zum Dosieren und Mischen der beiden Komponenten gibt es Geräte, die je nach Produkt und Anwendungsfall mit Kolbenpumpen oder Zahnradpumpen sowie mit statischen oder dynamischen Mischern arbeiten. Auch wenn diese wegen der Kosten und relativen Kompliziertheit dieser Geräte i.d.R. nur für Großanwender interessant sind, so sind sie doch bei der Verarbeitung von Produkten mit sehr kurzen Topfzeiten (im Minutenbereich) absolut notwendig. Für den handwerklichen Bereich werden auch 2-K-Klebstoffe mit Doppelkartuschen und statischem Mischer angeboten.

Polyurethan Einkomponenten Klebstoff

Einkomponenten Polyurethanklebstoffe (1K) härten durch Aufnahme von Luftfeuchtigkeit zu einem Elastomer aus. Diese ähneln in ihrer Verarbeitung sehr den Silikonen: Die Polyurethanklebstoffe bilden ebenfalls nach einer bestimmten Zeit eine Haut. Die Durchhärtegeschwindigkeit ist jedoch mit 3 – 4 mm/24h wesentlich größer. Die Hautbildungszeit liegt je nach Produkt im Bereich von 10 Minuten bis über 1 Stunde. Die 1K-PUR-Klebstoffe sind in der Regel pastös, standfest und werden mittels Handpistole oder aus Verarbeitungsanlagen raupenförmig in ca. 3 bis über 10 mm Schichtstärke aufgetragen.

Eigenschaften der 1K-PUR-Klebstoffe:

  • geeignet für Stahl, Aluminium, Holzplatten, Gipsplatten, PUR
  • Zugfestigkeit bis 10 N/mm²
  • Klebstoff bleibt nach der Aushärtung elastisch (Shore A 35 – 55)
  • wird für großflächige Verklebungen verwendet

Einige 1K-PUR-Klebstoffe sind zertifiziert für den gelegentlichen Kontakt mit Lebensmitteln

Je nach Anbieter und Anforderung stehen vier Systeme bei den 1K-PUR-Klebstoffen zur Auswahl:

  • Luftfeuchtigkeitshärtende Systeme, deren Applikations- und Aushärtungstemperatur bei 5 bis 35 ºC liegt (optimal 15 bis 25 ºC) liegt
  • Warm applizierte feuchtigkeitshärtende Systeme mit hoher Anfangsfestigkeit
  • Warm aushärtende Systeme (100 bis 160 ºC) mit hoher Frühfestigkeit
  • Booster-Systeme, bei welchen ein Aushärtungsbeschleuniger mittels Statikmischer zugegeben wird, wodurch ein schneller Festigkeitsaufbau bei langer Offenzeit ermöglicht wird

Schmelzklebstoffe (Hotmelts)

Thermoplastische Hotmelts sind Schmelzklebstoffe, die in festem Zustand (als Granulat, in Blockform oder auch als Sticks) angeliefert werden und mittels Schmelzgeräten bei Temperaturen zwischen +130° C und +200° C (meist bei 150–180° C) aufgeschmolzen und in dieser flüssigen Form auf einen der Klebepartner aufgebracht und sofort mit dem anderen Klebepartner zusammengefügt werden. Nach Auskühlung unterhalb ihres spezifischen Erweichungspunktes werden sie wieder fest und erreichen ihre vollständige Klebkraft.

Vorteil: Die Festigkeit wird sehr schnell, unmittelbar nach Erkalten und Erstarren der Schmelze erreicht. Sie haben somit gegenüber Lösemitteln und Dispersionen keinen Schwund und sind gut fugenfüllend.

Eigenschaften:

  • einseitiger Klebstoffauftrag
  • Klebepartner dürfen nicht wärmeempfindlich sein
  • schnell zu fügen
  • begrenzte Wärmefestigkeit beachten (evtl. reaktiven Hotmelt verwenden)

Eine Sonderstellung nehmen die reaktiven PUR-Hotmelts ein. Diese vernetzen nach der Anwendung, verlieren also ihre thermoplastischen Eigenschaften und haben sich deshalb Anwendungsgebiete erobert, die klassischen Hotmelts verschlossen bleiben. Herausragende Eigenschaften sind: ein wesentlich verbessertes, sehr breites Haftungsspektrum auf vielen unterschiedlichen Materialien, extreme Kälteflexibilität, hohe Wärmefestigkeit und ausgezeichnete chemische Beständigkeit. Die Vernetzung erfolgt durch Feuchtigkeit. Damit diese Hotmelts nicht bereits vor der Verarbeitung vernetzen, sind spezielle, luftdichte Verpackungen erforderlich. Für die erwünschte Vernetzung in der Klebefuge muss Feuchtigkeit in die Klebefuge eindiffundieren können, dies ist bei der Auswahl der möglichen Werkstoffe zu berücksichtigen.

Auf dem Markt sind etwa reaktive feuchtigkeitsvernetzende PUR-Schmelzklebstoffe, wie die der Scotch-Weld-Reihe von 3M, die sich durch schnellen Festigkeitsaufbau – ähnlich wie bei konventionellen Schmelzklebstoffen – und hohe konstruktive Endfestigkeit durch Nachvernetzung auszeichnen: Schlagfestigkeit, Flexibilität, gute Alterungseigenschaften sowie Weichmacherbeständigkeit. Sie kleben insbesondere Holz, aber auch Kunststoffe z. B. mit Gummi, Leder, Glas und Metallen hochfest.

Unterschiedlich lange Klebspannen erlauben dabei ein schnelles Verarbeiten oder Korrekturen nach dem Auftragen des Klebstoffs. Durch verschiedene Viskositäten sind sehr dünne Klebfugen oder auch spaltfüllende Klebungen möglich. Hierzu gibt es Verarbeitungsgeräte für den schnellen mobilen Klebstoffauftrag aus Kartuschen.

Einsatzgebiete von reaktiven PUR-Schmelzklebstoffen

finden sich überall, wo eine sehr schnelle Verklebung notwendig ist. Vorwiegend bei automatisierten Prozessen mit kurzen Taktzeiten.

MaterialEignung
Metallegeeignet (nur auf geprimerten oder lackierten Oberflächen)
Kunststoffe gut geeignet
Elastomere / Gummigeeignet
Glas / Keramikgeeignet
Leder / Gewebe / Filzgut geeignet
Holz / Kork / Pappegut geeignet

Profitipps für das Arbeiten mit Schmelzklebstoffen (Hotmelts):

Wichtig ist, dass der Klebstoff beim Fügen der Teile noch warm und flüssig ist, um die Klebeflächen gut zu benetzen. Dies ist umso besser der Fall, je schneller nach dem Klebstoffauftrag gefügt wird. Normalerweise wird auf Teile aufgetragen, die Raumtemperatur aufweisen. Die aufgetragene Schmelze kühlt deshalb relativ rasch ab, besonders wenn der Werkstoff eine gute Wärmeleitfähigkeit hat.

Die offene Zeit kann deshalb sehr kurz sein und hängt hier nicht nur von der Klebstoffrezeptur, sondern im besonderen Maße auch von der Art der verklebten Teile, den Temperaturverhältnissen (Temperatur der Schmelze, der Werkstoffe und des Raumes) und den Auftragsmengen ab. Das Vorwärmen der Fügeteile verlängert die offene Zeit und verbessert oft die Adhäsion. Bei Metallverklebungen ist ein Vorwärmen immer anzuraten.

Der Vorgang des Schmelzens und Erstarrens ist umkehrbar. Normale Hotmelts bleiben thermoplastisch, d. h. sie können wieder geschmolzen werden, haben also eine begrenzte Wärmefestigkeit bzw. sind bei Bedarf durch Wärme wieder lösbar.

Arbeitsschutz

Schutzmaßnahmen, die für alle Auftragverfahren und Tätigkeiten mit reaktiven PUR-Schmelzklebstoffen getroffen werden müssen:

  • Ausreichende Lüftung der Arbeitsräume, angemessene Frischluftzufuhr.
  • Für die Verarbeitung von reaktiven PUR-Schmelzklebstoffen dürfen nur für die bestimmungsgemäße Verwendung geeignete Vorschmelzgeräte und Auftragsysteme verwendet werden. Überhitzungen des reaktiven PUR-Schmelzklebstoffs über 150 °C, maximal 170 °C, müssen technisch verhindert werden.
  • Vorschmelzgeräte und Auftragsysteme müssen so gestaltet sein, dass beim Betrieb keine gesundheitsschädlichen Dämpfe austreten können (gasdichte Schmelzklebstoff-Erwärmung)
  • Hautkontakt (auch mit noch kalten PUR-Schmelzklebstoffen) vermeiden (beschichtete Baumwollhandschuhe tragen)
  • Bei heißen PUR-Schmelzklebstoffe: Thermisch beständige Arbeitshandschuhe, z.B. Lederhandschuhe tragen.
  • Bei Arbeitsende und vor Pausen Hände gründlich reinigen.
  • Besteht die Gefahr, dass der heiße Schmelzklebstoff verspritzt, muss eine Schutzbrille benutzt werden.
  • Im gesamten Arbeitsbereich besteht Ess-, Trink- und Rauchverbot.