Materialien & Vorbereitung
Kleben von PE und PP: Warum es schwierig ist und wann es gelingt
PE und PP haben eine niedrige Oberflächenenergie und kleben kaum von selbst. Hier sind die Vorbehandlung, Klebstoffarten, Fallstricke und die Warnhinweise, die das Werbematerial oft verschweigt.
Warum PE und PP nicht von selbst kleben
Das Kleben erfordert, dass der Klebstoff in die Oberfläche eindringen und eine Verbindung mit ihr eingehen kann. PE, PP, PTFE und POM sind sehr reaktionsträge und weisen eine niedrige Oberflächenenergie auf, sodass der Klebstoff auf dem Material aufliegt, anstatt sich mit ihm zu verbinden. Daher halten ein herkömmlicher Kontaktkleber oder ein schneller Sekundenkleber auf diesen Materialien nicht.
Dieselbe Eigenschaft ist der Grund, warum die Materialien chemisch beständig und schwer abbaubar sind. Was sie in einer Chemieanlage vorteilhaft macht, erschwert das Kleben. Soll das Bauteil geklebt werden, muss die Oberfläche zuerst modifiziert werden.
Die Oberflächenbehandlung macht den gesamten Unterschied
Koronabehandlung, Flammenstrahlen oder Plasmabehandlung erhöhen die Oberflächenenergie, damit der Klebstoff abbinden kann. Die Behandlung muss unmittelbar vor dem Kleben durchgeführt wird, da die Wirkung mit der Zeit nachlässt und Staub sowie Fett auf der Oberfläche sie zunichtemachen.
Primer kann bei einigen Materialien als Zwischenschicht eingesetzt werden, ersetzt jedoch keine ordnungsgemäße Vorbehandlung. Eine Reinigung mit Spiritus oder einem anderen Entfettungsmittel ist notwendig, bewirkt jedoch allein noch keine Haftung auf PE und PP.
Die Behandlung muss in die Produktion integriert werden: Ein gestern behandeltes Bauteil ist heute nicht unbedingt mehr geeignet. Schreiben Sie daher den Zeitpunkt und die Methode der Behandlung in die Arbeitsanweisung vor.
Anwendbare Klebstoffarten
Für das Konstruktionskleben von PE und PP werden typischerweise Zweikomponenten-Epoxid- oder Acrylharzklebstoffe eingesetzt, ggf. Polyurethan für flexible Verbindungen. Der Klebstoff muss für den konkreten Werkstoff und die Belastung, der die Verbindung ausgesetzt ist, zugelassen sein. Es gibt auch Schmelzklebstoffe und wärmeaktivierte Klebstoffe, diese erzielen jedoch keine konstruktive Festigkeit auf PE.
Für jeden Klebstoff müssen Aushärtezeit, Temperaturempfindlichkeit, Elastizität und chemische Beständigkeit in Bezug auf das Medium in der Anlage bekannt sein. Ein Klebstoff, der Wasser bei 20 °C standhält, hält nicht unbedingt einer chlorhaltigen Lösung bei 60 °C stand.
| Aspekt | Was Sie klären müssen |
|---|---|
| Mechanische Stabilität | Muss die Verbindung Last tragen, oder soll sie nur dicht sein? |
| Thermische Stabilität | Betriebstemperatur und Ausdehnung im Verhältnis zur Elastizität des Klebstoffs |
| Chemische Beständigkeit | Einwirkung des Mediums auf Kunststoff und Klebstoff |
| Passgenauigkeit | Spaltöffnung und Passform der Werkstücke; der Klebstoff benötigt einen bestimmten Spalt |
| Aushärtezeit und Produktion | Kann das Werkstück für die erforderliche Zeit eingespannt bleiben? |
| Arbeitsumgebung | Lüftung, Sicherheitsdatenblatt und Umgang mit dem Härter |
| Recycling | Lässt sich das Werkstück trennen, und ist der Klebstoff recyclingfähig? |
Die Liste führt die Aspekte auf, die am häufigsten übersehen werden. Gehen Sie diese durch, bevor Sie einen Klebstoff auswählen.
Verkaufsargumente und Realität: Kleben ist keine Abkürzung
Lieferanten von Klebstoffen und Hilfsstoffen vermarkten ihre Produkte oft mit Aussagen wie „klebt alles“, „stärker als Schweißen“ und „erfordert keine Vorbehandlung“. Letzteres ist bei PE und PP fast immer falsch. Die niedrige Oberflächenenergie des Werkstoffs ändert sich nicht dadurch, dass der Klebstoff teuer oder neu ist.
Eine Zugfestigkeit aus einem Datenblatt wurde an einem bestimmten Probekörper, mit einer bestimmten Oberflächenbehandlung, einer bestimmten Klebstoffschichtdicke und einer bestimmten Aushärtungskurve gemessen. Dieser Wert kann nicht auf eine andere Produktion übertragen werden. Fragen Sie daher nach Prüfungen an genau Ihrem Material und Ihrer Belastung, statt nach dem höchsten Wert aus der Broschüre.
Es gibt keine allgemeine Norm, die eine geklebte PE- oder PP-Verbindung zu einer dokumentierten drucktragenden Verbindung auf Augenhöhe mit dem Heizelement-Stumpfschweißen macht. Für Druckrohre muss das Kleben daher projektspezifisch oder vom Lieferanten genehmigt und die Verbindung durch Prüfungen nachgewiesen werden. Eine geklebte Rohrverbindung kann eine geschweißte Verbindung nicht ohne Weiteres ersetzen.
Wenn die Klebeverbindung versagt: Typische Ursachen
Eine geklebte Verbindung versagt selten durch ein plötzliches katastrophales Ereignis. Sie löst sich langsam: zuerst an den Rändern, dann durch Wasseraufnahme, Temperaturschwankungen oder Dauerlast. Der Bruch kann an der Grenzfläche zwischen Klebstoff und Kunststoff (adhäsiv) oder innerhalb des Klebstoffs (kohäsiv) auftreten, und beide Fehler erfordern unterschiedliche Gegenmaßnahmen.
Die häufigsten Ursachen sind Verunreinigungen durch Trennmittel, Öl, Fett oder Staub; eine unzureichende oder zu spät durchgeführte Oberflächenbehandlung; der falsche Klebstoff für das Material; eine zu dicke Klebstofffuge; zu geringer Anpressdruck; eine zu kurze Aushärtezeit; sowie unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten, die die Verbindung bei Temperaturwechseln belasten.
Feuchtigkeit und Frost sind besonders kritisch. Wasser kann in eine unzureichend vorbehandelte Grenzfläche eindringen, und Frost vor der vollständigen Aushärtung kann die Reaktion stoppen. Bei der Verwendung im Freien muss der Klebstoff für UV-Strahlung, Regen und Frost qualifiziert sein, nicht nur für trockene Innenraumprüfungen.
| Fehler | Typische Ursache | Erste Maßnahme |
|---|---|---|
| Löst sich am Rand ohne Klebstoffreste | Verunreinigte oder nicht vorbehandelte Oberfläche | Reinigen, erneut vorbehandeln und an einem neuen Werkstück testen |
| Klebstoffrest haftet nur auf einer Seite | Adhäsionsbruch an der Grenzfläche | Vorbehandlung, Primer und Klebstoffauswahl prüfen |
| Bruch mitten in der Klebefuge | Zu dicke Fuge, falsches Mischungsverhältnis oder unvollständige Aushärtung | Mischung, Fuge und Aushärtungsbedingungen prüfen |
| Die Verbindung wird nach Wochen undicht | Wasseraufnahme, Kriechen oder Temperaturbewegung | Ein dokumentiertes System wählen und eine Langzeitprüfung durchführen |
| Der Klebstoff härtet nicht aus | Zu niedrige Temperatur, zu hohe Luftfeuchtigkeit oder abgelaufene Haltbarkeit | Klimaanforderungen des Datenblatts beachten und eine frische Charge verwenden |
Das Bruchbild liefert die wichtigste Information. Bewahren Sie das Prüfmuster auf und dokumentieren Sie, ob der Bruch im Klebstoff oder an der Oberfläche liegt.
Chemie, Arbeitsschutz und Abfall
Es ist falsch anzunehmen, dass alle Klebeprodukte giftig sind. Ebenso falsch ist es, sie nach dem Aushärten als harmlos zu betrachten. Das Gefährdungspotenzial liegt vor allem in den nicht ausgehärteten Komponenten: Epoxidharzhärter können ätzend und sensibilisierend wirken, Polyurethanklebstoffe können Isocyanate enthalten, die Asthma und Atemwegsinfektionen auslösen können, und Methacrylatklebstoffe können zu Haut- und Atemwegssensibilisierungen führen. Lösemittelhaltige Klebstoffe geben VOC ab und können entflammbar sein.
Tragen Sie die vom Hersteller empfohlenen Handschuhe – in der Regel Nitril statt Latex – und wechseln Sie diese, sobald sie verschmutzt sind. Vermeiden Sie Hautkontakt, auch beim Mischen und bei der Reinigung. Essen, trinken und rauchen Sie nicht im Arbeitsbereich. Bei Arbeiten in geschlossenen Räumen, Behältern oder Schächten muss eine Belüftung vorhanden sein; bei Isocyanaten oder großen Lösemittelmengen ist Atemschutz gemäß dem Sicherheitsdatenblatt und nicht nach Gutdünken auszuwählen.
Ausgehärteter Klebstoff ist nicht automatisch unbedenklich. Das Schleifen einer ausgehärteten Fuge erzeugt Staub, der an der Quelle abgesaugt werden muss. Reste, leere Kartuschen und Mischbehälter sind gemäß den Anweisungen des Herstellers und der Behörden zu entsorgen. Klebstoffreste auf PE und PP beeinträchtigen das Recycling, da das Material nicht zusammen mit dem Kunststoff eingeschmolzen werden kann. Verbrennen Sie Klebstoffabfälle nicht, ohne das Produkt genau zu kennen.
Wann das Kleben die richtige Wahl ist
Das Kleben ist dann relevant, wenn Bauteile nicht schmelzgeschweißt werden können: unterschiedliche Werkstoffe, dünne Platten, bei denen sich das Material durch Hitze verziehen würde, Bauteile mit empfindlichen Einlegeteilen oder Verbindungen, bei denen eine Schweißraupe unerwünscht ist. Es wird auch verwendet, um Beschläge, Gewindeeinsätze und Ähnliches auf Platten zu befestigen.
Bei Rohren aus PE und PP ist das Kleben selten die richtige Lösung. Das Schweißen erzeugt eine Verbindung mit der Festigkeit des Grundwerkstoffs, während eine geklebte Rohrverbindung einen besonderen Nachweis erfordert und ohne die Zustimmung des Lieferanten nicht als drucktragend angesehen werden kann. Für Druckrohre verweisen wir auf das Stumpfschweißen, Muffenschweißen und Elektrofittingschweißen.
Testen Sie immer am konkreten Bauteil
Die Tabelle eines Klebstofflieferanten ist ein Ausgangspunkt, keine Garantie. Testen Sie daher an Bauteilen aus der aktuellen Produktion, mit der aktuellen Oberflächenbehandlung und der aktuellen Aushärtungskurve, und prüfen Sie die Verbindung unter der Belastung, der sie standhalten muss: Zug, Schälung oder Wasserdruck.
Dokumentieren Sie den Versuch mit Datum, Material, Behandlung, Klebstoffcharge, Aushärtezeit und Ergebnis. Bei wiederkehrenden Aufgaben ist diese Dokumentation mehr wert als ein weiteres Datenblatt, da sie zeigt, was in Ihrer Produktion tatsächlich funktioniert hat. Siehe auch Prüfung und Dokumentation.