Haftung
Bei der Ausführung von Klebeverbindungen sind die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Klebstoffs die wichtigsten Faktoren. Auch die Art der Fügeteile (z. B. Metalllegierungen, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe) und die Art der Oberflächenvorbehandlung oder des Primers spielen eine wichtige Rolle bei der Entscheidung, ob die Klebeverbindung angemessen funktionieren wird. Diese drei Faktoren – Klebstoff, Fügeteil und Oberfläche – haben Auswirkungen auf die Lebensdauer der geklebten Struktur. Das mechanische Verhalten der geklebten Struktur wird wiederum durch die Details der Fugenkonstruktion und durch die Art und Weise beeinflusst, wie die aufgebrachten Lasten von einem Fügeteil auf das andere übertragen werden.
Zur Bildung einer akzeptablen Klebeverbindung gehört die Fähigkeit des Klebstoffs, die zu verbindenden Fügeteile zu benetzen und sich auf ihnen zu verteilen. Das Erreichen eines solchen molekularen Grenzflächenkontakts ist ein notwendiger erster Schritt bei der Bildung starker und stabiler Klebeverbindungen. Sobald die Benetzung erreicht ist, werden durch eine Reihe von Mechanismen intrinsische Haftkräfte an der Grenzfläche erzeugt. Die genaue Natur dieser Mechanismen ist seit mindestens den 1960er Jahren Gegenstand physikalischer und chemischer Untersuchungen, mit dem Ergebnis, dass es eine Reihe von Theorien zur Adhäsion gibt. Der wichtigste Mechanismus der Adhäsion wird durch die Adsorptionstheorie erklärt, die besagt, dass Stoffe vor allem aufgrund eines engen intermolekularen Kontakts haften. Bei Klebeverbindungen wird dieser Kontakt durch intermolekulare oder Valenzkräfte erreicht, die von Molekülen in den Oberflächenschichten des Klebstoffs und des Fügeteils ausgeübt werden.
Neben der Adsorption sind vier weitere Mechanismen der Adhäsion vorgeschlagen worden. Der erste, die mechanische Verzahnung, tritt auf, wenn Klebstoff in die Poren der Fügeteiloberfläche oder um Vorsprünge auf der Oberfläche fließt. Der zweite Mechanismus, die Interdiffusion, entsteht, wenn sich flüssiger Klebstoff auflöst und in das Material der Fügeteile diffundiert. Beim dritten Mechanismus, der Adsorption und Oberflächenreaktion, kommt es zur Verklebung, wenn Klebstoffmoleküle an einer festen Oberfläche adsorbieren und chemisch mit ihr reagieren. Aufgrund der chemischen Reaktion unterscheidet sich dieser Prozess in gewissem Maße von der einfachen Adsorption, die oben beschrieben wurde, obwohl einige Forscher die chemische Reaktion als Teil des gesamten Adsorptionsprozesses und nicht als separaten Haftmechanismus betrachten. Die Theorie der elektronischen oder elektrostatischen Anziehung schließlich besagt, dass sich elektrostatische Kräfte an einer Grenzfläche zwischen Materialien mit unterschiedlichen elektronischen Bandstrukturen entwickeln. Im Allgemeinen spielen mehr als einer dieser Mechanismen eine Rolle bei der Erzielung des gewünschten Haftungsniveaus für verschiedene Arten von Klebstoffen und Fügeteilen.
Bei der Bildung einer Klebeverbindung entsteht an der Grenzfläche zwischen Fügeteil und Klebstoff eine Übergangszone. In diesem Bereich, der so genannten Interphase, können sich die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Klebstoffs erheblich von denen in den berührungsfreien Bereichen unterscheiden. Es wird allgemein angenommen, dass die Zusammensetzung der Zwischenphase die Dauerhaftigkeit und Festigkeit einer Klebeverbindung bestimmt und in erster Linie für die Übertragung von Spannungen von einem Fügeteil auf ein anderes verantwortlich ist. Der Interphasenbereich wird häufig durch Umwelteinflüsse angegriffen, was zum Versagen der Verbindung führt.
Die Festigkeit von Klebeverbindungen wird in der Regel durch zerstörende Prüfungen bestimmt, bei denen die an der Bruchstelle oder Bruchlinie des Prüfstücks aufgebauten Spannungen gemessen werden. Es werden verschiedene Prüfverfahren angewandt, darunter Schäl-, Zug-, Scher-, Spalt- und Ermüdungsprüfungen. Diese Tests werden in einem breiten Temperaturbereich und unter verschiedenen Umweltbedingungen durchgeführt. Eine alternative Methode zur Charakterisierung einer Klebeverbindung besteht darin, die Energie zu bestimmen, die für das Aufspalten einer Flächeneinheit der Zwischenphase aufgewendet wird. Die aus solchen Energieberechnungen abgeleiteten Schlussfolgerungen sind im Prinzip völlig gleichwertig mit denen, die aus der Spannungsanalyse abgeleitet werden.