MWC II Praktikum Klebetechnologie

Praktikum: Klebetechnologie Durchführung: 31.03.2011 Michael Haubenhofer
Marcel Meschenmoser
PRAKTIKUM:
KLEBETECHNOLOGIE (KLEBSTOFFE & ADHÄSION)
Durchführung: 31.03.2011
Teilnehmer: Michael Haubenhofer
Marcel Meschenmoser
Dokumentation Marcel Meschenmoser
Dieses Protokoll wurde ohne Zuhilfenahme von bestehenden
Protokollen erstellt.
Unterschrift: ________________________
Seite 1 von 13

Praktikum: Klebetechnologie Durchführung: 31.03.2011 Michael Haubenhofer
Marcel Meschenmoser
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung / Begriffe ........................................................................................................................................ 3
1.1 Klebewirkung ......................................................................................................................................... 3
2 Versuch 1: Verkleben von Werkstoffen .......................................................................................................... 3
2.1 Proben ................................................................................................................................................... 3
2.2 Vorbereitung der Proben ....................................................................................................................... 4
3 Versuch 1a: Charakterisierung der Oberflächen ............................................................................................. 5
4 Versuch 1b: Klebeversuche und Beurteilung der Haftfestigkeit ..................................................................... 7
4.1 Verkleben der Proben ............................................................................................................................ 7
4.2 Kombinationen ...................................................................................................................................... 8
4.3 Werte ..................................................................................................................................................... 8
4.4 Auswertung ........................................................................................................................................... 9
5 Versuch 2: Bestimmung des Aushärteverhaltens (Topfzeit) ......................................................................... 10
5.1 Versuch 2a: Temperaturabhängige Topfzeit von Araldit ..................................................................... 10
5.2 Versuch 2b: Topfzeitbestimmung von Acrylat-Klebstoff via Temperaturveränderung und
Dielektrometrie ................................................................................................................................................. 12
6 Abbildungsverzeichnis ................................................................................................................................... 13
7 Quellenangaben ............................................................................................................................................ 13
Seite 2 von 13

Praktikum: Klebetechnologie Durchführung: 31.03.2011 Michael Haubenhofer
Marcel Meschenmoser
1 Einleitung / Begriffe
Klebestoffe sind in der heutigen Industrie weit verbreitet. In Modellbau, Auto- oder Luftfahrtindustrie werden
häufig zu dieser Befestigungsmethode gegriffen, da sie sehr kostengünstig ist.
1.1 Klebewirkung
Hier gibt es zwei verschiedene Voraussetzungen, die erfüllt werden müssen, damit eine gute Klebeverbindung
entsteht. Erstens ist dies die Adhäsion, diese beschreibt die Haftung zu den benachbarten Flächen, die nur
entsteht, wenn die Oberfläche ohne Verunreinigungen ist. Ist eine Oberfläche nicht sauber beeinflusst dies
stark die Haftung. Und Zweitens die Kohäsion, die den sogenannten inneren Zusammenhalt bezeichnet. Also
die Kraft, die ein Klebstoff besitzt, um in sich selber stabil zu sein.
Dabei sind zwei verschiedene Möglichkeiten:
Physikalisch abbindende Klebstoffe
Hier wird nach dem Auftragen das Lösungsmittel zum Beispiel durch Verdampfen fest. Es läuft keine chemische
Reaktion ab.
Chemisch härtende Klebstoffe
Aufgetragen werden so genannte Monomere, die durch eine chemische Reaktion zu Polymer-Festkörpern
aushärten. Es läuft eine chemische Reaktion ab.
Ebenso ist eine geometrisch günstige Form notwendig, da ansonsten die Oberfläche zu klein ist, und somit
keine gute Klebwirkung entsteht.
Die Versuche wurden alle gemäss Praktikumsanleitung durchgeführt.
2 Versuch 1: Verkleben von Werkstoffen
Hier wurden verschiedene Voraussetzungen, also Parameter variiert, danach zwei Teile zusammengeklebt und
anschliessend wurden diese mit einer Zugprüfmaschine auf ihre Haftfestigkeit geprüft.
2.1 Proben
Folgende Proben standen zur
Verfügung:
Auf dem Bild: „Abb 1“ sind die
14 Polyethylen-High Density
Proben abgebildet. Bild 2 stellt
die 4 Glas-Proben, 5
Polycarbonat und 30
Aluminium-Proben dar.
Abb. 1: Proben Polyethylen
Abb. 2: Proben Glas, Polycarbonat und Aluminium
Seite 3 von 13

Praktikum: Klebetechnologie Durchführung: 31.03.2011 Michael Haubenhofer
Marcel Meschenmoser
2.2 Vorbereitung der Proben
Wie bereits erwähnt müssen die Proben eine reine Oberfläche besitzen, um gut zu kleben. Aufgrund dessen
sind alle Proben zuerst gründlich mit Ethanol gereinigt worden. Ebenso sind ein paar Materialien von Natur aus
nicht oder nur sehr schlecht klebend. Deshalb müssen sie so vorbehandelt werden, dass sie eine möglichst
polare Oberfläche besitzen.
Aluminium
Beim Aluminium wurden 5 Proben unbehandelt gelassen. Die
restlichen 25 wurden anodisiert. Die Proben wurden in eine
20%ige Schwefelsäure ca. 1.5cm tief getaucht, und während 10
Minuten ein Strom von 1 Ampere ausgesetzt worden. Siehe Bild
rechts. Als Kathode diente dabei ein Aluminium Rundblech.
Spannung
[V]
9.6
9.4
9.2
9
9.6
Der Strom war konstant auf 1 Ampere eingestellt.
Abb. 3: Aluminium anodisieren
Polyehtylen (PE-HD)
Beim PE werden 3 Proben unbehandelt gelassen. 3 Proben die geätzt wurden. Ebenso 3 Proben die beflammt
wurden und die restlichen 5 Proben wurden Corona behandelt.
Abb. 4: PE geätzt
Spannungsverlauf
9.5
9.2
Abb. 5: PE beflammt
Glas
Eine der Glas Proben wurde unbehandelt gelassen und die anderen 3
wurden gereinigt und in einen Haftvermittler in Ethanol getaucht.
9.1
0 2.5 5 7.5 10
Polycarbonat (PC)
Alle 5 Proben wurden unbehandelt gelassen.
9
Zeit [min]
Abb. 6: PE Corona behandelt
Abb. 7: Haftvermittler in Ethanol
Übersicht
Material Alu PE-HD Glas PC
Anzahl Proben 5 25 3 3 3 5 1 3 5
Behandlung unbeh. anodisiert unbeh. geätzt beflammt Corona unbeh.
gereinigt +
Haftvermittler unbeh.
Seite 4 von 13

Praktikum: Klebetechnologie Durchführung: 31.03.2011 Michael Haubenhofer
Marcel Meschenmoser
3 Versuch 1a: Charakterisierung der Oberflächen
Kontaktwinkel
Mit dem Gerät Easy Drop wurde mit einem Wassertropfen der Kontaktwinkel mittels Strömmethode bestimmt.
Die Methode funktioniert so, dass ein Wassertropfen auf die Oberfläche geführt wird, und anschliessen
geometrisch den Kontaktwinkel gemessen wird. Der Kontaktwinkel ist dementsprechend die Tangente die
unten im Bild blau eingezeichnet ist. In der Tabelle ist der Mittelwert zwischen der linken Seite und der rechten
Seite eingetragen. Beim PE, dass geätzt wurde, wurde der Tropfen sichtlich von PE angezogen.
Abb. 8: Ein Wassertropfen wird der
Oberfläche genähert.
Abb. 11: Alu unbehandelt
PE Corona behandelt
Abb. 9: Dieser wurde auf die Oberfläche
geführt.
Abb. 12: PC unbehandelt
Oberflächenspannung
Diese Bestimmung wurde mithilfe von Teststiften
durchgeführt. Dies bedeutet, dass dieses Verfahren
sehr subjektiv ist. Die Durchführung wurde gemäss der
Anleitung der Teststifte durchgeführt.
Abb. 13: PC geätzt
Abb. 10: Und anschliessend konnte der
Kontaktwinkel (blau) gemessen werden.
Abb. 14: Glas unbehandelt
Abb. 15: Bestimmung der Oberflächenspannung mit Teststiften
Seite 5 von 13

Praktikum: Klebetechnologie Durchführung: 31.03.2011 Michael Haubenhofer
Marcel Meschenmoser
Ergebnisse
Probe Kontaktwinkel Oberflächenspannung
Alu
unbehandelt
Alu
anodisiert
PE
unbehandelt
PE
geätzt
PE
beflammt
PE
Corona
Glas
unbehandelt
Glas
mit Haftvermittler
Polycarbonat
unbehandelt
59.5 ± 0.74
38.7 ± 0.86
91.7 ± 0.42 34-36
84.3 ± 0.85 38-40
76.5 ± 0.26 40-42
92.4 ± 0.16 40-42
31.9 ± 0.18
102.5 ± 25.27
116.6 ± 0.26
Beurteilung
Durch das Ätzen, Beflammen und die Corona-Behandlung hat sich der Kontaktwinkel verkleinert. Dies zeigt
wiederum, dass die Oberfläche gerne eine Verbindung eingeht.
Durch das Ätzen, Beflammen und die Corona-Behandlung hatte sich die Oberflächenspannung der jeweiligen
Probe erhöht, da diese Verfahren die Oberfläche reaktionsfreudiger machen. Und so die Haftfestigkeit erhört.
Dies sind zwei Verfahren um zu sehen, ob der Werkstoff gut zum kleben ist.
Seite 6 von 13

Praktikum: Klebetechnologie Durchführung: 31.03.2011 Michael Haubenhofer
Marcel Meschenmoser
4 Versuch 1b: Klebeversuche und Beurteilung der Haftfestigkeit
Alle Proben wurden gemäss Liste in der Praktikumsanweisung auf Seite 15 je zu zweit zusammengeklebt und
diese in der Zugprüfmaschine auf ihre Haftfestigkeit geprüft. Es wurden dabei von jeder Kombination 2 Proben
hergestellt.
4.1 Verkleben der Proben
Als Klebstoff diente Araldit
rapid, der bei den meisten
Kombinationen verwendet
worden ist und Aceton, die
beim Polycarbonat
verwendet wurde. Diese
wurden gemäss der
Praktikumsanleitung
hergestellt. Die
Mischungsverhältnisse
betrugen beim eins-zu-eins
Verhältnis 0.5707g Harz und
0.5565g Härter und beim
eins-zu-drei Verhältnis
0.3966g Harz und 1.2043g
Härter.
Abb. 16: Auftragen des Klebers
Abb. 18: Mischung von Härter und Harz
Abb. 17: Die Klebverbindung wurde mit einer
Klammer zusammengehalten
Abb. 19: Kleben des Polycarbonat mit Aceton
Kombination
Einfluss/Ziel Abk. Substrat 1 Substrat 2 Klebstoff Mischverhältnis
Hart zu Härter
Aushärtzeit
[min]
Oberflächen-
Vorbehandlung
von Aluminium
ALU1 AL
ALU2
unbehandelt
AL
unbehandelt
Araldit 1/1 30
Al
anodisiert
AL
anodisiert
Araldit 1/1 30
Verhältnis
M1
Al
anodisiert
AL
anodisiert
Araldit 1/3 30
Harz & Härter M2
= ALU2
Al
anodisiert
AL
anodisiert
Araldit 1/1 30
A1
Al
anodisiert
AL
anodisiert
Araldit 1/1 5
Aushärtungszeit
M2
= ALU2
Al
anodisiert
AL
anodisiert
Araldit 1/1 30
A3
Al
anodisiert
Al
anodisiert
Araldit 1/1 60
PE1
PE
unbehandelt
Al
anodisiert
Araldit 1/1 30
Oberflächen-
Vorbehandlung
von PE
PE2
PE3
PE
geätzt
PE
beflammt
Al
anodisiert
Al
anodisiert
Araldit
Araldit
1/1
1/1
30
30
PE4
PE
corona
Al
anodisiert
Araldit 1/1 30
Verwendung
von Haftvermittler
G1
Glas
gereinigt +
Haftvermittler
PE
corona
Araldit 1/1 30
Kleben mit
Lösungsmittel
PC1
PC
unbehandelt
PC
unbehandelt
Aceton - -
Seite 7 von 13

Praktikum: Klebetechnologie Durchführung: 31.03.2011 Michael Haubenhofer
Marcel Meschenmoser
4.2 Kombinationen
Abb. 20: Die verschiedenen Kombinationen der Proben
4.3 Werte
Um die Auswertung zu machen, muss die Grösse der Klebfläche bekannt sein. Danach wurden die Proben
zwischen den beiden Klemmbacken eingeklemmt und auseinandergezogen. Dabei wurde die gemessene Kraft
in Kilopond ausgegeben, die unten direkt in Newton umgerechnet und eingetragen wurden.
Einfluss/Ziel Abk.
Oberflächen-
Vorbehandlung
von Aluminium
Verhältnis
Harz & Härter
Aushärtungszeit
Oberflächen-
Vorbehandlung
von PE
Verwendung
von Haftvermittler
Kleben mit
Lösungsmittel
ALU1
ALU2
M1
M2
= ALU2
A1
M2
= ALU2
A3
PE1
PE2
PE3
PE4
G1
PC1
Probe Länge
Fläche
Kraft
Haftfestigkeit
Bruch
a
b
10x8
10x10
80
100
1751.3
1863.9
21.9
18.6
Kohäsion
a
b
10x9
10x10.5
90
105
1991.4
2423.1
23.1
23.1
Adhäsion
a 10x15 150 245.3 1.6 Kohäsion,
b
10x12.5 125 78.5 0.6
fliessend
nicht gebrochen
a
b
10x9,5
10x12.5
95
125
1991.4
2423.1
21.0
19.4
Adhäsion
a 10x10.5 105 1520.6 14.5 Kohäsion,
b 10x9.5 95 2119.0 22.3 nicht fliessend
a
b
10x9,5
10x12.5
95
125
1991.4
2423.1
21.0
19.4
Adhäsion
a
b
10x12
10x12
120
120
2629.1
2462.3
21.9
20.5
Kohäsion
a
10x9 90 - -
beim einspannen
gebrochen
b 10x9 90 157.0 1.7 Adhäsion
a
b
10x14
10x11
140
110
824.0
843.7
5.9
7.7
Adhäsion
a 10x11.5 115 1285.1 11.2 Kunststoff hat sich
b 10x13.5 135 1304.7 9.7
gedehnt
a 10x12 120 1314.5 11.0 Kunststoff hat sich
b 10x14 140 1324.4 9.5
gedehnt
a
b
10x14
11x14
140
154
412.0
441.5
2.9
2.9
im Glas
a 16x25 400 2040.5 5.1 Kohäsion,
b 15x11 165 1334.2 8.1
weisse Bruchstelle
Seite 8 von 13

Praktikum: Klebetechnologie Durchführung: 31.03.2011 Michael Haubenhofer
Marcel Meschenmoser
4.4 Auswertung
Abb. 21: Mit dieser Zugprüfmaschine wurden die Proben auf ihre Zugfestigkeit geprüft.
Oberflächenvorbehandlung von Aluminium
Durch das Anodisieren hat das Aluminium etwas besser geklebt als das Unbehandelte. Der Unterschied war
jedoch nur sehr minimal. Der Bruch ist bei der anodisierten Klebeverbindung im Klebstoff erfolgt. Deshalb ist
diese Vorbehandlung nicht sehr wirkungsvoll.
Verhältnis Harz & Härter
Verbindung M1, das eine Harz-Härter Mischung von 1/3 hatte, hatte eine deutlich tiefere Haftfestigkeit. Diese
Verbindung ist nicht gebrochen, sondern hatte sich fliessend getrennt. Somit ist bei einem Klebstoff die
Richtige Mischung sehr entscheidend.
Aushärtezeit
Die Verbindung, die nur 5 Minuten ausgehärtet wurde besitzt die etwas tiefere Haftfestigkeit, und diejenige mit
60 Minuten eine etwas höhere Haftfestigkeit. Die Unterschiede sind jedoch nur minimal.
Oberflächenvorbehandlung von PE
Die unbehandelte Probe hatte die niedrigste Haftfestigkeit. Durch das Ätzen wurde diese erhöht. Durch das
Beflammen und die Corona-Behandlung wurde diese deutlich erhöht. Dabei hatte der Kunststoff sich gedehnt.
Also hatte die Verbindung noch härtere Belastungen ausgehalten. Der Klebstoff ist bei den Versuchen mit PE1
und PE2 auf der Alu-Seite geblieben. Das Beflammen und die Corona-Behandlung sind die Methoden, die in
diesen Versuchen am meisten Vorteil gegeben haben.
Verwendung von Haftvermittler
Hier entstand der Bruch im Glas. Dies bedeutet, dass durch den Haftvermittler das Glas klebbar gemacht
worden ist.
Kleben mit Lösungsmittel
Es entstand eine weisse Bruchstelle im Klebstoff, also ein Kohäsionsbruch. Aceton kann also zum Kleben
verwendet werden.
Seite 9 von 13

Praktikum: Klebetechnologie Durchführung: 31.03.2011 Michael Haubenhofer
Marcel Meschenmoser
5 Versuch 2: Bestimmung des Aushärteverhaltens (Topfzeit)
5.1 Versuch 2a: Temperaturabhängige Topfzeit von Araldit
Durchführung gemäss Praktikumsanweisung. Als Klebstoff wurde folgende Mischung verwendet:
Harz 0.1984g und Härter 0.1902g.
Abb. 22: Alle 25°C Abstand wurde ein Tropfen Araldit-Klebstoff aufgetragen.
Diagramm
Topfzeit [min:s]
13:00
12:00
11:00
10:00
09:00
08:00
07:00
06:00
05:00
04:00
03:00
02:00
01:00
00:00
Topfzeitbestimmung auf Heizbank
13:00
08:30
05:30
03:00
50 75 100 125 150
Termperatur [°C]
02:00
Araldit
Linear (Araldit)
Expon. (Araldit)
Seite 10 von 13

Praktikum: Klebetechnologie Durchführung: 31.03.2011 Michael Haubenhofer
Marcel Meschenmoser
Auswertung
Die Abhängigkeit t(T) ist in der Grafik gut sichtbar.
Im Diagramm sind noch die lineare und die exponentielle Trendlinie eingezeichnet.
Die exponentielle Trendlinie stimmt besser überein, als die lineare, deshalb macht ein Ansatz nach
Arrhenius Sinn.
Berechnung
Für die Berechnung wurde der Punkt bei 3 Minuten und bei 13 Minuten genommen.
Ansatz nach Arrhenius
2 Gegebene Punkte
mit 13:00
mit 03:00
Gleichungssystem
Lösung
Topfzeit bei 25°C
Topfzeit bei -25°C
Da der Klebstoff bei -25°C bereist fest ist, kann keine Topfzeit mehr ermittelt werden.
Seite 11 von 13

Praktikum: Klebetechnologie Durchführung: 31.03.2011 Michael Haubenhofer
Marcel Meschenmoser
5.2 Versuch 2b: Topfzeitbestimmung von Acrylat-Klebstoff via
Temperaturveränderung und Dielektrometrie
Ablauf
Hier wird der dielektrische Leitwert bei der Aushärtung eines 2K-Acrylat-
Klebstoffsystems beobachtet. Zuerst wurde 10ml flüssiges Demotec 20 (das ein
Kaltpolymer ist) in einen Wegwerf-Kunststoffbecher 50ml gefüllt. Anschliessend folgte
20ml Pulver von Demotec 20. Nach 3 Minuten rühren wurde diese Suspension, die
weiss und eher dickflüssig war ausgewertet. Während 15 Minuten misste der PC je
Sekunde die dielektrische Leitfähigkeit und die Temperatur. Nach 15 Minuten war der
Kaltpolymer fest geworden.
Diagramme
Temperatur [°C]
Dielektrische Leitfähigkeit ε [%]
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
120
100
80
60
40
20
0
Topfzeitbestimmung über die dielektrische Leitfähigkeit
Onset
Topfzeitbestimmung über die Temperatur
Onset
Zeit [min]
Zeit [min]
Abb. 23: Acrylat-Klebstoff
Dielektrische
Leitfähigkeit ε [%]
Temperatur [°C]
Auswertung
Die beiden Ergebnisse stimmen sehr gut überein. Bei der Messung über die Temperatur ist eine etwas grössere
Topfzeit herausgekommen, die durch Messfehler erklärt werden können.
Seite 12 von 13

Praktikum: Klebetechnologie Durchführung: 31.03.2011 Michael Haubenhofer
Marcel Meschenmoser
6 Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Proben Polyethylen .................................................................................................................................... 3
Abb. 2: Proben Glas, Polycarbonat und Aluminium ............................................................................................... 3
Abb. 3: Aluminium anodisieren .............................................................................................................................. 4
Abb. 4: PE geätzt .................................................................................................................................................... 4
Abb. 5: PE beflammt ............................................................................................................................................... 4
Abb. 6: PE Corona behandelt ................................................................................................................................. 4
Abb. 7: Haftvermittler in Ethanol ........................................................................................................................... 4
Abb. 8: Ein Wassertropfen wird der Oberfläche genähert. .................................................................................... 5
Abb. 9: Dieser wurde auf die Oberfläche geführt. ................................................................................................. 5
Abb. 10: Und anschliessend konnte der Kontaktwinkel (blau) gemessen werden. ............................................... 5
Abb. 11: Alu unbehandelt ...................................................................................................................................... 5
Abb. 12: PC unbehandelt........................................................................................................................................ 5
Abb. 13: PC geätzt .................................................................................................................................................. 5
Abb. 14: Glas unbehandelt ..................................................................................................................................... 5
Abb. 15: Bestimmung der Oberflächenspannung mit Teststiften .......................................................................... 5
Abb. 16: Auftragen des Klebers .............................................................................................................................. 7
Abb. 18: Mischung von Härter und Harz ................................................................................................................ 7
Abb. 19: Kleben des Polycarbonat mit Aceton ....................................................................................................... 7
Abb. 20: Die verschiedenen Kombinationen der Proben ....................................................................................... 8
Abb. 21: Mit dieser Zugprüfmaschine wurden die Proben auf ihre Zugfestigkeit geprüft. ................................... 9
Abb. 22: Alle 25°C Abstand wurde ein Tropfen Araldit-Klebstoff aufgetragen. ................................................... 10
Abb. 23: Acrylat-Klebstoff .................................................................................................................................... 12
7 Quellenangaben
Praktikumsanleitung Klebetechnologie (Klebstoffe & Adhäsion) Version 4.1
Seite 13 von 13