Metall mit Kunststoff kleben

Metalle

Bei Metallen unterscheidet man zwischen Eisen (Schwarzeisen, Stahl, Edelstahl) und Nichteisen oder Buntmetallen (Cadmium, Cobalt, Kupfer, Nickel, Blei, Zinn, Zink u.a.). Alle Metalle haben blanke Oberflächen, wobei die Flächen von lackierten und beschichteten Metallen klebetechnisch wie Kunststoffoberflächen behandelt werden. Die daraus resultierenden, abweichenden Klebeigenschaften bestimmen den Klebstoff.

Metalle können an ihrer Oberfläche Oxydschichten bilden. Bei Eisen sind diese meist als Rost sichtbar. Bei Buntmetallen ist eine Erkennung oft schwieriger. Die Oxydschichten müssen vor dem Kleben sorgfältig entfernt werden, da sie sich trotz Klebstoff vom Metall lösen können. Die Klebflächen sollten frei von Fetten, Ölen, Schmierstoffen u.a. trennenden Substanzen sein.

Ein Anschleifen vergrößert zwar die Klebflächen (Berg- und Talbildung), ersetzt aber keine sachgerechte Reinigung. Wichtig ist: erst reinigen, dann evtl. anschleifen und anschließend nochmals reinigen. Schleifarbeiten auf verunreinigten Oberflächen bergen die Gefahr, dass trennende Substanzen ins Metall gelangen.

Kunststoffe

Unter Kunststoff oder Plastik versteht man synthetisch oder halb synthetisch hergestellte Festkörper. Sie bestehen aus Millionen ineinander verschlungener Molekülketten (Polymeren). Ihre technischen Eigenschaften wie Härte, Elastizität, Bruchfestigkeit, Temperatur- und Wärmeformbeständigkeit variieren je nach Ausgangsmaterials und Herstellungsverfahren. Nach ihrem Verhalten beim Erwärmen unterscheidet man zwei große Gruppen:

• Thermoplaste (Plastik)
• Duroplaste (faserverstärkte Kunststoffe wie GFK/CFK)

Thermoplaste erweichen beim Erwärmen und gehen in einen plastischen Zustand über, in dem sie sich leicht verformen lassen. Die Ursache für das Erweichen und die plastische Verformbarkeit liegt in Struktur der Moleküle. Thermoplaste findet man in Form von Haushaltsgeräten, Verpackungen, Fensterprofilen, Rohren oder als Formteile in der Automobil- und Elektroindustrie. Typische Thermoplaste sind

• Polyethylen (PE)
• Polycarbonat (PC)
• Polystyrol (PS)
• Polyvinylchlorid (PVC)
• Polyamide (PA)
• Acrylnitritil-Butadien-Styrol (ABS)
• Celluloid

Duroplaste sind nicht durch Wärme verformbar. Sie sind hart und spröde und zersetzen sich bei Erwärmung. Verwendung finden sie z. B. im Möbelbau, zur Herstellung von Steckdosen, Haushaltsgeräten und bruchfestem Geschirr. Die Karosserie des Pkw besteht ebenfalls aus mit Gewebe verstärktem Phenoplast. In die Gruppe der Duroplaste fallen

• Polyester (PET)
• Polyurethanharze
• Kunstharze (wie Epoxide)

Eine spezielle Art duroplastischer Kunststoffe ist als Carbon/Kohlefaser (CFK) bekannt.

Elastomere werden fälschlicherweise oft als Gummi bezeichnet. Bei Elastomeren handelt es sich um synthetischen Kautschuk, der unter Druck- und Zugbelastung verformbar ist. Nach Aufheben der Krafteinwirkung nehmen Elastomere wieder ihre Ursprungsform an. Diese gummiähnlichen Kunststoffe findet man in Form von Autoreifen, Handschuhen oder Hygieneartikeln. Beispiele für Elastomere sind

• Naturkautschuk (NR)
• Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR)
• Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)
• Chloropren-Kautschuk (CR)
• Butadien-Kautschuk (BR)
• Ethylen-Propylden-Dien-Kautschuk (EPDM)

Mögliche Klebverfahren

Zunächst sollten folgende Fragen geklärt werden:

• Welche Metalle und Kunststoffe sollen geklebt werden?
• Wie ist die Größe und Geometrie der Klebefläche?
• Wie groß ist die Belastung, die auf die Klebung einwirkt?
• Wo wird die Klebung eingesetzt?
• Welche Verarbeitungsmöglichkeiten stehen zur Verfügung?

Kleben von blanken Metalloberflächen

Blanke Metalloberflächen lassen sich gut mit reaktiven Klebstoffen auf Basis Epoxidharz (EP) kleben. Diese Kleber haften jedoch weniger gut auf thermoplastischen Kunststoffen. Für diese eignen sich wiederum lösemittelhaltige Klebstoffe am besten. Diese Klebstoffwahl ist aber bei Kombinationen mit blanken Metallen nicht sehr effektiv. Bewährt haben sich stattdessen reaktive Klebstoffe auf Basis Acrylat oder Methylmethacrylat (MMA).

Besteht die Möglichkeit, einen Haftverstärker (Primer) einzusetzen, erzielt man auch mit 1- oder 2-K PUR Klebstoffen sehr hohe Festigkeiten. Welcher Klebstoff am besten geeignet ist, zeigt ein Testversuch. Umgekehrt verhält es sich bei 2-K Epoxy-Klebstoffen. Je nach Kunststoffart zeigen sie eine geringere Festigkeit zu Kunststoffen als zu Metallen. Auch hier sollte eine praxisnahe Eignungsprüfung erfolgen.

Bei großflächigen Klebungen oder bei Anwendungen, bei denen eine sofortige Anfangsfestigkeit nötig ist, haben sich Kontaktklebstoffe auf Basis Polychloropren (CR), sogenannte Neopren-Kleber, bestens bewährt. Kontaktklebstoffe werden auf beide Klebseiten aufgetragen. Nach der Ablüftung erfolgt das Zusammenfügen der Teile unter hohem und kurzem Druck.

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Kleben von blanken Metallen mit Duroplasten

Bei dieser Kombination kommt es auf eine strukturelle Verbindung an. Bewährt haben sich:

• Reaktionsklebstoffe wie 1- und 2-K Klebstoffe auf Basis EP (Epoxidharz), MMA (Methylmethacrylat) und fallweise auch PUR (Polyurethan)
• Epoxidharz-Klebstoffe (EP)

Gute Klebeergebnisse zeigen sich insbesondere bei faserverstärkten Duroplasten wie Carbon-Materialien. Kontaktklebstoffe kommen bei dieser Anwendung eher selten zum Einsatz. Kleinste Klebflächen von blanken Metallen in Verbindung mit Duroplasten können – je nach Anwendungsprofil – auch mit Sekundenklebern geklebt werden.

Kleben von blanken Metallen mit Elastomeren

Elastomere findet man in Form von Reifen, Gummibändern oder Dichtungsringen. Die bekanntesten Elastomere sind die Vulkanisate von Naturkautschuk und Silikonkautschuk. Unter dem Begriff Moosgummi ist der Silikonkautschuk „Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk“ (EPDM) bekannt. Dieser Werkstoff lässt sich sehr schlecht bis kaum kleben. Meist erfüllen nur vereinzelte Spezialkleber das Anforderungsprofil. Darunter fallen Sekundenkleber (Cyanacrylate) und spezielle 2-K- oder Kontaktkleber auf Basis CR.