Was ist Adhäsion?

Adhäsion bezeichnet die Wechselwirkungen an der Grenzschicht zwischen zwei unterschiedlichen Stoffen, um eine mechanische Kraftübertragung zu ermöglichen. In der Elastomertechnik beschreibt der Begriff vor allem die Haftung zwischen Werkstoffen wie Gummi und Metall, Kunststoff oder Gewebe. Sie spielt eine zentrale Rolle bei der Herstellung von Verbundbauteilen, da eine zuverlässige Haftung die mechanische Belastbarkeit und Lebensdauer des Bauteils maßgeblich beeinflusst.

 

Mechanismen der Adhäsion

  • Adhäsion entsteht durch eine Vielzahl an physikalischen und chemischen Mechanismen, die zum Teil bis heute nicht vollständig verstanden sind
  • mechanische Verkrallung in einer rauen Oberfläche
  • physikalische Wechselwirkungen durch Van-der-Waals- oder Dipol-Dipol-Kräften zwischen den Molekülen
  • chemische (kovalente) Bindungen zwischen Atomen beider Phasen (z.B. Silanbeschichtung zwischen Glas und Polymer)

 

Einflussfaktoren auf die Adhäsion

Die Stärke der Adhäsion hängt von mehreren Faktoren ab:

  • Oberflächenbeschaffenheit: Rauheit, Sauberkeit und Oberflächenenergie die für eine gute Benetzbarkeit sorgen
  • Chemische Kompatibilität: Wechselwirkungen zwischen den Materialoberflächen
  • Vorbehandlung: Einsatz von Haftvermittlern, Primern oder Oberflächenbehandlungen wie Aufrauen und Entfettung
  • Aushärtungs- oder Vulkanisationsbedingungen: Temperatur, Druck und Zeit beeinflussen die Molekülvernetzung an der Grenzfläche

 

Adhäsion in der Gummiverarbeitung

Bei Elastomeren wird Adhäsion oft durch spezielle Haftvermittlersysteme erzielt, die die chemische Brücke zwischen Gummi und dem Substratmaterial bilden. So haften z. B. NBR– oder EPDM–Dichtungen zuverlässig auf Metallflächen, wenn die Oberfläche zuvor mit einem geeigneten Haftvermittler behandelt wurde. Während der Vulkanisation laufen unterschiedliche Prozesse im Substrat, dem Haftvermittler, dem Elastomer und in den Grenzschichten dazwischen gleichzeitig ab. Deshalb müssen Werkstoffe und Haftvermittlungssystem auf Basis ihrer jeweiligen Reaktionskinetik aufeinander abgestimmt werden.

Eine gute Adhäsion verhindert Ablösungen unter mechanischer Last, Temperaturschwankungen oder Medienkontakt. Eine unzureichende Haftung kann zu vorzeitigem Bauteilversagen, Undichtigkeiten oder Funktionsausfällen führen und ist somit besonders bei sicherheitsrelevanten Bauteilen kritisch zu Betrachten. In der Qualitätssicherung wird die Adhäsion häufig durch Schäl- oder Zugversuche geprüft. Dabei soll die Schädigung stets kohäsiv innerhalb der Elastomerphase verlaufen, das Elastomer also stärker als die Grenzschicht sein.