Kleben von Gummi

Kleben von Gummi

 Es geht nicht um Gummi im Allgemeinen, sondern ganz konkret um TPE (ThermoPlastisches Elastomer).

Das Problem

Niederenergetische Oberflächen

Thermoplastisches Elastomer besteht aus einem elastischen Kunststoff (Elastomer), der in einen thermoplastischen Kunststoff eingebettet ist. Zum Beispiel könnte das EPDM in Polypropylen sein. Deswegen wird ein Klebstoff, der für  TPE gut abschneidet mit guter Wahrscheinlichkeit auch Top für EPDM funktionieren.

Das Problem bei diesen Materialen ist, dass es sich bei den Oberflächen um so genannte niederenergetische Oberflächen handelt.

Kleben ist natürlich insgesamt ein recht komplexer Vorgang, aber das Problem mit den niederenergetischen Oberflächen ist überschaubar, wenn man sich mit dem

Konzept der Oberflächenenergie

vertraut macht. Die Moleküle an der Oberfläche eines Stoffes haben eine andere potentielle Energie, als die Moleküle im Inneren, weil sie nicht vollständig von ihresgleichen umgeben sind, sondern von Luft oder einem anderen Material, das die Oberfläche bildet/abgrenzt.

Normalerweise ist Arbeit notwendig, um die Oberfläche zu vergrößern, weil normalerweise die Moleküle an der Oberfläche eine höhere pot. Energie haben. Du kennst das von einem Pumpspray: Du musst arbeiten um die massive Flüssigkeit in einen Nebel mit viel größerer Oberfläche zu verwandeln. Die Tröpfchen schließen sich aber wieder spontan zu größeren zusammen, wenn sie können, weil durch die Verringerung der Oberfläche Energie frei wird.

Jetzt stell dir vor, ein Klebstoffauftrag wird von einer Kunststofffläche abgehoben. In diesem Moment:

1. verliert der Klebstoffauftrag Fläche, die er gemeinsam mit dem Kunststoff hat (E_{1})
2. verliert der Kunststoff Fläche, die er gemeinsam mit dem Klebstoff hat (E_{2})
3. gewinnt der Klebstoffauftrag Fläche, die er gemeinsam mit der Luft hat (E_{3})
4. gewinnt der Kunststoff Fläche, die er gemeinsam mit der Luft hat. (E_{4})

Zum Ablösen muss also die Energiemenge E_{3}+E_{4} in Form von Arbeit aufgebracht werden und die Energiemenge E_{1}+E_{2} wird frei und „erleichtert” diese Arbeit.

Niederenergetische Oberflächen, wie Polypropylen, oder eben TPE haben besonders niedrige Werte für die Oberflächenenergie, das heisst, dass eine wesentliche Komponente der Ablösearbeit wegfällt, beziehungsweise sehr klein ausfällt. Ein Beispiel:

Polypropylen (die Matrix beim TPE) hat eine Oberflächenenergie von 24 mJ/m^{2}. Das bedeutet, um die Oberfläche von PP in Luft um 1 Quadratmeter zu vergrößern ist eine Arbeit erforderlich, die ungefähr der Arbeit entspricht, wenn Du einen Apfel (100 g) etwa 24 mm hoch hebst.

Eisen (als typischer Vertreter eines hochenergetischen Werkstoffes) hat eine Oberflächenenergie von 2550 mJ/m^{2}. Das bedeutet, um die Oberfläche von Eisen in Luft um 1 Quadratmeter zu vergrößern ist eine Arbeit erforderlich, die ungefähr der Arbeit entspricht, wenn Du 94 Äpfel (100 g) jeweils 24 mm hoch hebst (oder einen Apfel 2.5 m).

Ein großer Unterschied! Das ist das Problem der niederenergetischen Oberflächen: Selbst, wenn der Kleber gut benetzen würde, was auch wieder nicht so einfach ist, wäre die Energie, die zum Ablösen erforderlich ist ungewöhnlich niedrig.

Primer

Meist erhöht man deswegen die Oberflächenenergie, zum Beispiel durch abflammen, Plasmabehandlung oder eben bestreichen mit einem Primer. Der Primer dringt in die oberste Oberflächenschicht ein und erhöht die Oberflächenenergie. Zusätzlich beschleunigen die meisten Primer für Cyanacrylate das Aushärten, was natürlich sehr bequem ist.

Die Kandidaten

BezeichnungBeschreibungErgebnis
Technicoll 9110Kontaktkleber für flächige Verklebung niederenergetischer Materialien. Lösungsmittel ist Hexan.Platz 8.
Keine Klebewirkung.
Technicoll 9110 + 9605-1Platz 7. Praktisch keine Klebewirkung.
Technicoll 9310Die teuersten Heißklebesticks am Markt. Kleben PE und PP einwandfrei!Platz 5. Klebt.
Technicoll 9310 + 9605-1Platz 6. Sehr geringe Klebewirkung bei TPE.
Technicoll 9545Teilflexibilisierter Cyanacrylat-Kleber, mittelviskos.Platz 2. Gut geeigneter Klebstoff für TPE
Technicoll 9545 + 9605-1Platz 1. Klebeverbindung ist belastbarer als das umgebende Material.
Shoe gooIn Tetrachlorethen gelöster Polymermix. Potentiell cancerogen. Platz 3. Geeigneter Klebstoff für TPE.
Shoe goo + Technicoll 9605-1Platz 4. Deutliche Klebewirkung.

Die Videos

Herstellen des Prüflings

Klebetest

Methodische Anmerkungen

Auf www.mikroskopie-forum.de hat Peter noch eine wichtige Anmerkung zu meinem Versuch gemacht, der ich zustimme. Wenngleich sie am Sieger natürlich nichts ändern würde:

ich habe mir Dein Video angesehen. Meines Erachtens weist Deine Testanordnung einen methodischen Fehler auf: Ist Dir aufgefallen, dass bei jedem neuen Zugversuch stets die Klebestelle zwischen dem ersten, eingespannten und dem nachfolgenden Gummistück reißt? Wenn man den Ablauf genau anschaut, sieht man, dass es durch die punktuelle Zugbelastung in der Mitte des Gummis zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Zugkräfte im Gummi kommt, und zwar so, dass die meisten Kräfte an der jeweils ersten Klebestelle zu den Rändern hin wirken. Das heißt, an den Rändern herrscht ein vermehrter Zug, in der Mitte weniger. Das begünstigt einen „Einriß“ der Klebestelle vom Rand aus. An den Klebestellen der nachfolgenden Gummistücke hingegen wirkt die Kraft gleichmäßig über die gesamte Breite der Klebestelle. Meines Erachtens hättest Du den Zug an den Prüflingen nicht punktuell mittels Klammer und Loch, sondern gleichmäßig über die gesamte Breite durch Einspannen einwirken lassen müssen. Da es jedoch so deutliche Unterschiede in der anzuwenden Kraft bei der Trennung der Prüflinge gab, glaube ich trotzdem Deinem herausgefundenen „Ranking“. Aber so ganz methodisch „sauber“ war diese Prüfung nicht Zwinkernd


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