Untersuchung von Diffusionsvorgängen an Metallklebverbindungen und des Festigkeitsverhaltens bei Feuchtigkeitseinwirkung

Für eine weitere Verbreitung des Metallklebens hat sich nachteilig ausgewirkt, dass bei der Konstruktion und dem Einsatz geklebter Verbindungen Unsicherheiten bei der Beurteilung der Lebensdauer verbleiben.
Zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit des Metallklebens reicht die Ermittlung reiner Festigkeitswerte im Anfangszustand nicht aus.
Neben der Kenntnis der Festigkeitseigenschaften ist das Langzeit- und Alterungsverhalten von größtem Interesse. Dabei ist das Einwirken von Feuchtigkeit auf den Verbund als primärer Schädigungsfaktor anzusehen. Das vorliegende Forschungsvorhaben hatte zum Ziel, Erkenntnisse über die Feuchtigkeitsaufnahme und ihrer Auswirkungen auf das Langzeitverhalten von Metallklebverbindungen unter verschiedenen Umgebungsbedingungen und mechanischer Beanspruchung zu gewinnen. Es war zu überprüfen, ob, durch geeignete Wahl der Probengeometrie und der Umgebungsbedingungen, die Prüfung der Alterungsbeständigkeit von Metallklebverbindungen verkürzt werden kann.
Klebestoffe sind organische Kunststoffe und somit nicht diffusionsdicht gegenüber Wasser. Sowohl die Diffusionsgeschwindigkeit als auch der maximale Feuchtigkeitsgehalt wird bei allen Klebstoffen durch die Umgebungsbedingungen unterschiedlich beeinflusst, jedoch ist die Abstufung des Einflusses der verschiedenen Umgebungsbedingungen gleich.
Mit wachsender Umgebungsfeuchtigkeit nimmt bei gleichbleibender Temperatur die Feuchtigkeitsaufnahme zu. Auch bei zunehmender Temperatur und konstanter Feuchtigkeit steigt die Feuchtigkeitsaufnahme. Die Auswirkungen der Umgebungsbedingungen sind dabei von der chemischen Formulierung des Klebstoffes und der Art bzw. Menge von Füllstoffen abhängig.
Da die Klebstoffe zu den hochmolekularen Werkstoffen gehören, zeigen sie bei der Einwirkung von Belastungen stark viskoelastisches Verhalten, das sich in einer zeitabhängigen Belastbarkeit äußert. Die Werkstoffe verformen sich unter Last so lange, bis es zum Versagen korrunt.
Bei Klebverbindungen äußert sich dies im Kriechen der Verbindungen, d. h. dass sich die Fügeteile gegeneinander in Belastungsrichtung verschieben, bis der Bruch eintritt. Die Größe der Verschiebung und die Dauer bis zum Versagen der Klebverbindung sind von der Höhe der Belastung der Temperatur und der Einwirkung von Medien abhängig.
Tritt im praktischen Einsatz Umgebungsfeuchtigkeit auf, so müssen Klebstoffe ausgewählt werden, die eine möglichst hohe Feuchtigkeitsstabilität aufweisen. Bei extremen Umgebungsbedingungen ist ein Schutz der Klebverbindung empfehlenswert. Diesen Gesichtspunkten muss bei der konstruktiven Auslegung einer langzeitbelasteten Klebverbindung Rechnung getragen werden.