Kleben und dehnen lassen

Wo Klebungen oder Flächenabdichtungen dynamisch hoch beansprucht werden, führt kein Weg an elastischen, weiterreißfesten Materialien vorbei. Mit den neuartigen silanterminierten Polymeren der Reihe GENIOSIL^® XT lässt sich die Silanvernetzung jetzt auch für solche Anwendungen nutzen.

Kleben statt Klemmen Podcast | 16.10.2015 | 6:42 Min

Als General Motors 1963 erstmals Frontscheiben in die Karosserie von Testwagen einklebte, läutete der Autokonzern den Abschied von den vorgefertigten Gummidichtungsringen ein. In der US-Autoindustrie und bald darauf auch international sind Klebeverbindungen seit 1978 Standard – aus Kosten-, aber auch aus Sicherheitsgründen, um im Unglücksfall das Brechen der Scheibe zu erschweren. Auch in anderen Branchen wurden elastische Klebeverbindungen zur Schlüsseltechnologie – vor allem dort, wo immer wieder zeitlich veränderliche Kräfte auf die Verklebung einwirken.

In Straßen- und Schienenfahrzeugen sind elastische Klebungen weitverbreitet, um Teile mit der tragenden Struktur, etwa mit der Karosserie oder dem Fahrzeugrahmen, zu verbinden. In der Baubranche wiederum kommen elastische Flächenabdichtungen zum Einsatz, um thermische Spannungen des Untergrunds auszugleichen und zuverlässig Risse zu überbrücken.

Inwieweit elastische Klebstoffe oder Flächenabdichtungen diesen Anforderungen genügen, hängt von den verwendeten Bindemitteln und vom Know-how des Compoundierers ab. Mit der neuen Produktreihe GENIOSIL^® XT stehen erstmals silanterminierte Polymere zur Verfügung, deren Formulierungen zu reiß- und scherfesten, zugleich aber hochelastischen und außerordentlich weiterreißbeständigen Materialien aushärten.

Blick auf die Dachlandschaft einer spanischen Stadt: Das Flachdach hat sich seit den 1950er-Jahren als Standard bei gewerblichen Bauten und im Geschosswohnungsbau durchgesetzt.

Bei dynamischen Belastungen bewegen sich die Fügepartner. Der Verbund hält den Belastungen nur dann stand, wenn die Klebschicht nicht nur fest genug, sondern auch dauerhaft in der Lage ist, der Bewegung der Fügepartner zu folgen – sie muss sich elastisch dehnen können.

Dynamische Belastungen werden aber nicht nur durch Erschütterungen oder Schwingungen verursacht. Auch Temperaturschwankungen können Stress auf Verklebungen ausüben. Das geschieht immer dann, wenn sich die beiden Fügeteile bei Erwärmung oder Abkühlung unterschiedlich stark ausdehnen beziehungsweise zusammenziehen.

Flächenabdichtungen sind dafür ein gutes Beispiel. Sie werden in flüssiger Form auf den abzudichtenden Untergrund – etwa einen Balkon oder eine Terrasse – aufgebracht und härten dort zu einer nahtlosen, wasserdichten Membran aus. Weil der abzudichtende Untergrund aufgrund von Temperaturschwankungen ständig arbeitet, werden solche Abdichtungen dynamisch stark beansprucht. Sie müssen den Bewegungen der Risskanten, die sich ständig aufweiten oder verjüngen, folgen können und diese dauerhaft überbrücken.

Neben der Elastizität spielt im Alltag auch die Reißfestigkeit des Klebers eine wichtige Rolle. Im Gebrauch kann es passieren, dass die Klebschicht infolge einer lokalen Überbeanspruchung verletzt wird – sei es betriebsbedingt oder durch einen scharfkantigen Gegenstand, der von außen auf die Schicht einwirkt. Ist das Material nicht genügend weiterreißfest, reißt die kleine Verletzung im nächsten Belastungszyklus auf.

Mit einer Flüssigabdichtung auf Basis von GENIOSIL^® XT 50, wie sie hier im WACKER-Labor in Burghausen getestet wird, lassen sich im Außenbereich verlegte Fliesen vor Feuchtigkeit und Frost schützen.

Wie auch immer die dynamischen Belastungen zustande kommen, stets bauen sie mechanische Spannungen in der Klebschicht auf, die sich in ihrer Stärke ständig ändern. Ist die Klebschicht elastisch, folgt sie der Relativbewegung der Fügeteile. Auf diese Weise verteilt sie die Spannungen über die Klebfläche und mildert lokale Spannungsspitzen ab.

Bislang werden für dynamisch hochbelastbare Klebungen fast ausschließlich polyurethanbasierte Klebstoffe eingesetzt, für Flächenabdichtungen auch Formulierungen auf Basis von Polymethylmethacrylat. Dies könnte sich jetzt ändern: „Unsere silanmodifizierten Polymere der neuen Produktreihe GENIOSIL^® XT von WACKER können so formuliert werden, dass die ausgehärteten Endprodukte in ihren mechanischen Eigenschaften den gängigen Klebstoffen und Abdichtungen entsprechen“, erklärt Lidia Miszke, Business Development Managerin bei WACKER SILICONES.

„In ihren Haftungsspektren sind die mit GENIOSIL^® XT formulierten Produkte den polyurethanbasierten Systemen überlegen.“

Lidia Miszke, Marketing Manager, Construction Sealants & Adhesives

Fest, dehnbar und weiterreissbeständig

Bei der neuen Reihe handelt es sich um silanterminierte Polyether. Sie vernetzen, wie dies für Silane typisch ist, bei Kontakt mit Luftfeuchtigkeit und härten auf diese Weise aus. „Die neuen Polymere wurden so optimiert, dass sie einerseits dünnflüssig sind, andererseits eine hohe Anzahl von Silylgruppen pro Volumen besitzen“, erklärt Dr. Lars Zander, der in der Anwendungstechnik von WACKER in Burghausen die Entwicklung von GENIOSIL^® XT geleitet hat. „Als Folge bilden die neuen Polymere bei der Aushärtung ein festes, aber zugleich elastisches Netzwerk.“ Klebschichten und Abdichtungsmembrane auf Basis der neuen Polymere erreichten eine hohe innere Festigkeit, seien aber zugleich stark dehnbar und weiterreißbeständig.

Vielseitig formulierbar

Hinsichtlich der Formulierungsmöglichkeiten sind die neuen Polymere äußerst vielseitig. Dazu trägt nicht nur ihre niedrige Viskosität bei, sondern auch ihre Kompatibilität mit allen anderen silanmodifizierten Polymeren der Marke GENIOSIL^®. Mit diesen können sie in beliebigen Verhältnissen gemischt werden, um die Eigenschaften des Bindemittelsystems bedarfsgerecht einzustellen.

Problemlos weiterverarbeiten

Mit Geniosil^® XT lassen sich kennzeichnungsfreie Kleber formulieren, zum Beispiel für die Abdichtung von Flachdächern.

Wegen ihrer niedrigen Viskosität lassen sich die neuen silanmodifizierten Polymere GENIOSIL^® XT 50 und GENIOSIL^® XT 55 problemlos ohne Lösemittelzusatz weiterverarbeiten. Das ist ein Vorteil gegenüber vielen gängigen Bindemitteln. Auch kann der Compoundierer die Polymere mit oder ohne Weichmacher formulieren, ebenso mit oder ohne Füllstoffe. Dies schafft ebenfalls erheblichen Freiraum, um das Endprodukt exakt auf die Anwendung abzustimmen. So werden auch hochgefüllte und damit kostengünstige Endprodukte möglich. Darüber hinaus können die Kleb- und Dichtstoffe, die mit den neuen Polymeren formuliert wurden, beliebig eingefärbt werden. Das eröffnet den Konstrukteuren neue Gestaltungsmöglichkeiten.

„In ihren Haftungsspektren sind die mit GENIOSIL^® XT formulierten Produkte den polyurethanbasierten Systemen überlegen“, betont WACKER-Managerin Lidia Miszke. „Je nach Formulierung haften sie auf vielen gebräuchlichen Werkstoffen, ohne dass die Substrate zuvor grundiert werden müssen.“ Vorteilhaft sei auch ihre im Vergleich zu Polyurethanen geringe Feuchtigkeitsempfindlichkeit. GENIOSIL^® XT enthalte zudem keine freien Isocyanate und könne somit zu kennzeichnungsfreien Kleb- und Dichtstoffen formuliert werden.

Kein Zinnkatalysator nötig

Als alpha-silanterminiertes Polymer benötigt GENIOSIL^® XT 50 keinen zinnorganischen Katalysator, um eine schnelle Aushärtung zu erreichen. Es eignet sich deshalb zur Herstellung von zinnfreien Industrieklebstoffen und rissüberbrückenden Flächenabdichtungen. Mit GENIOSIL^® XT 50 lassen sich Reißfestigkeiten bis etwa 9 N/mm² und Weiterreißwiderstände bis ungefähr 50 N/mm erreichen (gemessen nach ASTM D 624 B-91). Die mechanischen Eigenschaften des ausgehärteten Endprodukts sind so gut, dass bei Flüssigabdichtungen für Flachdächer sogar ein Verzicht auf die bislang notwendige Armierung mit einem Vlies denkbar ist. Verzichtet der Compoundierer auf Füllstoffe, kann er hochtransparente Klebstoffe und Abdichtungen herstellen.

Bei GENIOSIL^® XT 55 handelt es sich um einen gamma-silanterminierten Polyether für die Formulierung konstruktiv fester Industrieklebstoffe. Solche Klebstoffe müssen zugleich hochelastisch und extrem weiterreißfest sein. Labortests mit GENIOSIL^® XT 55 ergaben bereits Scherfestigkeiten von rund 5 N/mm² bei Reißdehnungen von etwa 700 Prozent und Weiterreißwiderständen bis 16 N/mm (gemessen nach DIN ISO 34-1). Das sind Werte, wie sie zum Beispiel für die in der Automobilindustrie eingesetzten Scheibenklebstoffe typisch sind.

„Unsere neuen silanterminierten Polymere der Reihe GENIOSIL^® XT eignen sich für dynamisch hochbeanspruchte Anwendungen“, fasst Jürgen Herein, Leiter des Business Team Construction Sealants & Adhesives bei WACKER SILICONES, zusammen. „Sie stellen eine technisch gleichwertige, in einigen Aspekten sogar überlegene Alternative zu etablierten Bindemittelsystemen dar.“