Teil 3: Kleben

03.10.2015

Ad 3: Mechanische Verankerungen - Neben den skizzierten chemischen Verbundmechanismen auf molekularer Ebene werden zur Unterstützung der Adhäsion physikalische, makroskopische Verankerungsformen herangezogen; dabei werden mikromechanische und makromechanische Effekte unterschieden.

Eine mikromechanische Unterstützung der Klebung wird durch die Aufrauung der Klebflächen erreicht. Diese wird heute vorzugsweise durch Ätzung oder Sandstrahlprozesse erzeugt. Dabei sind Werkstoffe und Bearbeitungsverfahren sorgfältig aufeinander abzustimmen. So werden im Bereich der Keramiken bei glashaltigen Systemen durch Flusssäurebehandlung gute Retentionsmuster erreicht, während glasfreie Zirkoniumdioxid-Keramiken durch einen Sandstrahlprozess besser konditioniert werden können.

Hier sind im Einzelfall immer auch die detaillierten Angaben der Hersteller zu beachten: Ätzzeiten und Konzentration der Säure auf der einen Seite, wie auch Strahldruck und Strahlzeiten auf der anderen Seite, müssen auf den Werkstoff exakt abgestimmt sein. Dies ist gerade beim Sandstrahlen von Zirkoniumdioxid häufig sehr schwierig einzuschätzen, inwieweit eine optimale Bearbeitungsqualität erreicht werden konnte. Als sehr hilfreich hat sich die in Abbildung 1a u. b dargestellte Vorgehensweise erwiesen: Die zu strahlenden Flächen werden mit einem wasserfesten Stift markiert, sodass man auch visuell erkennen kann, ob alle Areale bearbeitet wurden.

Abb. 1a: Innenseite einer Zirkoniumdioxidkrone mit einem wasserfesten Stift gefärbt.
Abb. 1b: Bereits gestrahlte Areale sind gut zu unterscheiden.

Abb. 2: Bei linienförmiger Beanspruchung des Verbundes ist das Schälen einer Banane kinderleicht.

Makromechanische Retentionen bezeichnen die Gestaltung der Werkstücke im Bereich der Klebefuge. Das Ziel ist es, die Klebschicht soweit wie möglich zu entlasten, indem die einwirkenden Kräfte durch die Morphologie der geklebten Areale so verteilt werden, dass linienförmige Schälkräfte vermieden werden können. Je besser die Klebschicht als Ganzes von der Lasteinwirkung betroffen ist, umso besser ist dies für die Dauerhaftigkeit des Verbundes. Schälkräfte führen immer zu einer Konzentration der Kräfte auf einen linienförmigen kleinen Bereich, was zur Lösung der Klebung führt.

Das Beispiel der Banane (Abb. 2) ist dabei sehr illustrativ, da diese leicht zu schälen ist, wenn die Verbindung von Schale zu Fruchtfleisch linienförmig gelöst wird. Dasselbe Prinzip gilt analog auch für den Klettverschluss.

Eine dreidimensionale Gestaltung der zu verklebenden Fläche ist somit anzustreben, sodass die äußeren Krafteinwirkungen möglichst auf die gesamte Klebschicht verteilt werden.

Prof. Dr. Peter Pospiech