Adhäsion vs. Kohäsion – Anatomie der Verbindung

„Ein Klebeband klebt nicht allein — es verklebt ein ganzes System. Ein gutes System kann Schrauben und Schweißnähte ersetzen.“
Tomasz Gorzawski, CVGS

Eine Klebverbindung hat keine einzelne „Haltekraft“. Sie hat Schichten, Grenzflächen, innere Spannungen und mindestens drei verschiedene Mechanismen, über die sie nachgeben kann. Zu verstehen, was Adhäsion ist, was Kohäsion ist und wie das Versagen jedes dieser Parameter für sich aussieht — das ist die Voraussetzung dafür, dauerhafte Verbindungen bewusst zu konstruieren, statt Brände zu löschen.

Aufbau einer Klebverbindung

Jede mit Klebeband hergestellte Verbindung ist in Wirklichkeit ein fünfschichtiger Aufbau: Substrat A, Klebstoff, Träger (bei doppelseitigen Bändern — ein Kern zwischen zwei Klebstoffschichten), wieder Klebstoff und Substrat B. Transferklebebänder haben keinen Träger — zwischen den Substraten liegt nur eine einzige Klebstoffschicht. Unabhängig von der Variante hängt die Dauerhaftigkeit des Ganzen davon ab, wie sich jede Schicht und jede Grenzfläche verhält.

Abb. 1. Jede Verbindung mit doppelseitigem Klebeband ist ein fünfschichtiger Aufbau mit zwei kritischen Grenzflächen. Das Versagen kann an einer Grenzfläche auftreten (Adhäsionsbruch) oder innerhalb der Klebstoffschicht (Kohäsionsbruch).

Adhäsion

Adhäsion ist die Kraft, die den Klebstoff an einer Oberfläche hält. Ihr Wert hängt von mehreren Faktoren ab: von der Oberflächenenergie des Substrats, von der Fähigkeit des Klebstoffs, die Oberfläche zu benetzen (Wet-out), und von der Sauberkeit dieser Oberfläche.

Adhäsion ist messbar — die typischen Methoden sind die Schältests bei 90° und 180°, denen wir einen eigenen Artikel dieser Reihe widmen. Adhäsion entsteht nicht ausschließlich im Moment der Applikation. Bei Haftklebstoffen kann sie mit fortschreitendem Wet-out über die Zeit zunehmen. Ihr endgültiges Niveau wird deshalb sowohl von den Applikationsbedingungen als auch von der Zeit bestimmt, die der Verbindung zum Aufbau gegeben wird.

Ob sie am Ende stark oder schwach ausfällt, entscheidet die richtige Applikation.

Wet-out — warum es so wichtig ist

Wet-out ist die Fähigkeit des Klebstoffs, über die Oberfläche zu fließen und in deren Mikrorauheit einzudringen. Ohne Wet-out berührt der Klebstoff das Substrat nur an den Spitzen der Unebenheiten — die wirksame Kontaktfläche beträgt nur einen Bruchteil der nominellen. Mit Wet-out füllt der Klebstoff die Täler zwischen den Spitzen und vergrößert die tatsächliche Kontaktfläche zwischen Klebstoff und Substrat erheblich. Der Begriff beschreibt das Verhalten des Klebstoffs und gilt damit für Flüssigklebstoffe ebenso wie für Haftklebstoffe in Bändern — mit dem Unterschied, dass der Klebstoff eines Bandes Anpressdruck und Zeit braucht, um in die Mikrorauheit des Substrats zu fließen.

Abb. 2. Wet-out auf mikroskopischer Ebene. Ohne Wet-out entsteht Kontakt nur an den Spitzen der Rauheit — dazwischen bleiben Lufteinschlüsse, die als Fehlstellen wirken und die Verbindung schwächen.

Was beeinflusst das Wet-out? Vor allem: die Kontaktzeit, der Anpressdruck bei der Applikation und die rheologischen Eigenschaften des Klebstoffs bei Applikationstemperatur.

Kohäsion — die innere Festigkeit des Materials

Kohäsion beschreibt die Fähigkeit eines Materials, unter Last seinen inneren Zusammenhalt zu bewahren. In Klebverbindungen beziehen wir sie meist auf die Klebstoffschicht — bei Bändern mit Träger, etwa aus Schaum, kann das Versagen aber ebenso innerhalb des Trägers selbst auftreten.

In der industriellen Praxis bestimmt die Kohäsion, wie sich der Klebstoff unter Dauerlast verhält (Scherung). Ein Band mit hoher Adhäsion, aber niedriger Kohäsion „schwimmt“ — es haftet fest, beginnt unter konstanter Last jedoch langsam zu kriechen, bis die Verbindung versagt.

Bleibt nach dem Trennen auf beiden Seiten Material zurück, sollte man nicht mehr nur fragen, ob der Klebstoff gut gehalten hat. Möglicherweise war der innere Zusammenhalt des Klebstoffs selbst oder des Trägers das schwächste Glied.

Abb. 3. Scherung ist eine Last, die parallel zur Klebefuge wirkt — anders als die Schälung, bei der sich die Kraft an der Kante konzentriert. Beim statischen Schertest wird die Probe mit einer konstanten Masse belastet und der Versatz über die Zeit gemessen.

Der Unterschied zwischen beiden Parametern zeigt sich am deutlichsten nach dem Trennen. Ein einseitiges Klebeband, das von einer Platte abgezogen wird, löst sich vollständig und hinterlässt keine Spur — das ist ein Adhäsionsbruch: Etwas hat gehalten, ließ sich aber lösen. Anders verhält sich ein AFT-Band, das eine Stahl- mit einer Aluminiumplatte verklebt: Zieht man an der Aluminiumplatte, reißt der Acrylklebstoff in sich selbst und seine Rückstände bleiben auf beiden Platten — das ist ein Kohäsionsbruch.

Abb. 4. Adhäsionsbruch (der Klebstoff löst sich vom Substrat) und Kohäsionsbruch (der Klebstoff reißt innerhalb seiner eigenen Schicht).

Adhäsion ist also kein Parameter, bei dem mehr immer besser wäre — sie muss zur Anwendung passen. Ein Malerkrepp mit zu geringer Adhäsion löst sich von der Wand, und Farbe kriecht unter die Kante. Eines mit zu hoher Adhäsion geht zusammen mit der Farbe ab, mitunter auch mit dem Putz: Die Adhäsion des Bandes erweist sich als stärker als die Kohäsion des Anstrichs, und die Farbe bleibt am Band statt an der Wand.

Abb. 5. Zwei Fehler bei der Wahl der Adhäsion eines einseitigen Klebebands: zu gering (das Band löst sich von selbst) und zu hoch (das Band reißt Farbe und Putz mit).

Das zweite Beispiel sind Zierleisten am Fahrzeug, die mit AFT-Band verklebt sind. Fällt die Leiste während der Fahrt zusammen mit dem Band ab, war die Adhäsion zum Klarlack nicht richtig. Bleibt das Band am Fahrzeug und die Leiste ist abgefallen, wurde die Adhäsion zum Kunststoff der Leiste nicht passend gewählt. Bleibt das Band bei der Demontage im Service gleichzeitig am Klarlack und an der Leiste, hat die Kohäsion des Materials gewirkt: Sie liegt unter der Adhäsion zu beiden äußeren Schichten.

Abb. 6. Drei Trennungsszenarien einer mit AFT-Band verklebten Zierleiste — das Bild nach der Demontage zeigt, welcher Parameter das schwächste Glied war.

Deshalb sind die Wahl des Bandes und die Art der Applikation eine Entscheidung und nicht zwei. Sauberkeit und Entfettung der Oberfläche, eine Temperatur im vom Hersteller empfohlenen Fenster, Anpressdruck und Zeit für das Wet-out entscheiden darüber, ob sich die Adhäsion und Kohäsion, die im technischen Datenblatt stehen, in der fertigen Verbindung überhaupt einstellen.