Zugversuch Epoxykleber auf PLA mit überraschendem Ergebnis

Im RC-Network.de berichtete jemand, dass sich PLA sehr gut mit Epoxy kleben lässt.
„Hält echt super. Das Bauteil reißt eher als die Klebefläche.“

Vor Jahren hatten wir mal in unserem Hackerspace Klebetests mit anderen Klebern angefangen.
Daran habe ich nun mit Epoxy Kleber angeknüpft, und einen Testkörper mit einer Klebefläche von 10x10 mm gezeichnet:




Damit soll eine stumpf verleimte Klebefläche zunächst auf Zug belastet werden.

Das verwendete PLA ist transparent, Lieferant: GRR
Der Kleber: 2K 30 Minuten Epoxy von YUKI MODEL
Der Härter stinkt wie Hund nach Fisch. Ist das normal?

Die verleimten Teile nach 15 Stunden Aushärtung:




In einer ersten Versuchsreihe habe ich über einen Zeitraum von 40 Minuten schrittweise bis auf 12 kg belastet. Allerdings musste ich da abbrechen, da die massive Konsole aus Kunststoff, die aber eigentlich zum Aufhängen von Kleidungsstücken gedacht ist, einen bedenklichen Eindruck machte.

Weiter ging‘s dann an der Kinderschaukel im Garten, mit jeweils zwei 1 Literflaschen.
Langsam wurde es lästig, jedes Mal in den Keller laufen, leere Flaschen holen, mit Wasser füllen, Bindfäden dran – und das bei der Hitze…
Aber endlich hat es endlich geklappt!

Als ich wieder mit einer weiteren Doppelladung nach draußen kam, lagen die 27 kg auf dem Boden.






Bruchfläche des oberen Teiles:
 



Bruchfläche des unteren Teiles:




Wenn man bedenkt, dass sich auch diese Versuchsreihe über 40 Minuten hinzog, ist die Klebewirkung mehr als beachtlich. Immerhin wurde insgesamt 80 Minuten lang, stetig steigend belastet.

Die zweite Versuchsreihe habe ich „fälschungssicher“ in einem Video zusammengefasst:

[www.youtube.com]

So, und jetzt trinke ich alle Test-Flaschen aus!

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Also auf was man bei der momentanen Hitzewelle so alles auf Ideen kommt!

Quote
wersy
[...]
Der Härter stinkt wie Hund nach Fisch. Ist das normal?
[...]

Nein, das ist definitiv nicht normal.

Wenn der Härter unangenehm riecht (vergleichbar mit Katzenurin, kein Scherz jetzt), dann ist er entweder zu alt oder hat Frost abbekommen. Die Klebstoffe von YukiModel habe ich selbst ausprobiert und auch bei mir rochen die sehr stark, die Endhärte des Klebstoffes (richtige Mischung auf einer Feinwaage) war mehr als lachhaft. Der ausgehärtete Epoxy glich eher einem alten Kaugummi von der Straße.

Seitdem verwende ich ausschließlich Epoxy von der Firma R&G Faserverbundwerkstoffe. Die Jungs haben richtig gute Harze zu super Preisen im Angebot, einziger Wehrmutstropfen: Kleingebinde fangen im Bereich von 2Kg an...
Das ausgehärtete Harz ist spanend Bearbeitbar und hat eine recht hohe Oberflächenhärte. Damit klebe ich alles was nicht bei drei auf dem Baum ist, gerissen oder gebrochen ist mir noch keine einzige Klebestelle und das seit knappen vier Jahren.

Trotzdem ist die Versuchsreihe sehr interessant. Mit welchem Infill ist der Zugstab gedruckt und wie dick war die Klebestelle? Bei einer Klebung lege ich außer in den Randbereichen immer einige einzeladern eines Flexiblen Stromkabels (Durchmesser ca. 0.1mm) in die Klebestelle, dadurch erhalte ich eine weitestgehend definierte und gleichmäßige Klebeschichtdicke. Ich wäre bei den momentanen Temperaturen allerdings eher davon ausgegangen, dass das PLA erweicht und nachgibt (ist mir schon bei Teilen im Sonnendurchfluteten Auto passiert ).

Gruß
Julien

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Hallo Julien,

Der Sebastian, aus dem RC-Network, der die Diskussion über Epoxy und PLA angestoßen hat, benutzt auch erfolgreich die Kleber von R&G. Nur brauche ich jeweils geringe Mengen.
Anfangs benutzte ich UHU plus Endfest, was mir aber auf die Dauer zu teuer wurde. Dabei hatte ich nicht den Eindruck, dass der Kleber härter wurde als der von YukiModel.
Im Grunde bin ich aber ganz froh, wenn die Fuge etwas elastisch ist. Bei meinen dünnwandigen Tragflächen aus PLA ist es sicher nicht verkehrt, wenn sie bei Belastung etwas elastisch reagieren, statt gleich zu brechen.

Die Bruchstelle habe ich mir nun etwas genauer angeschaut.



Man kann gut erkennen, dass sich der Kleber bei 24% der Fläche sauber, also ohne Rückstände, abgelöst hat. Hier war so gut wie keine Haftung zwischen Epoxy und PLA.
Rechnet man es hoch ergibt sich (27 x 1.24) eine Bruchlast von ca. 33,5 kg/qcm.
Das ist weit mehr als meine Tragflächen aushalten.

Der Versuch zeigt auch, dass es in erster Linie darauf ankommt, wie gut die Flächen aufgeraut sind.

Obwohl ich längst nicht mit so einer hohen Belastung rechnete, habe ich zum Glück ordentlich satt geslict:
LH = 0,3
EW = 0,5
4 Perimeter
3 Boden-/Decklayer
30% Infill



Wie dick die Klebeschicht war, kann ich nicht sagen. Ich habe die Teile mit nur ganz leichtem Druck zusammengefügt.

Ja, bei der Temperatur hatte ich zunächst auch bedenken.
Habe mehrmals gefühlt, aber das Teil war nicht mehr als handwarm. Vermutlich lag es an dem hochtransparenten Material, dass es keine Wärmestrahlen absorbierte.

Aber mein neuester PLA-Flieger bleibt sicherheitshalber drinnen…

Gruß Michael

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 04.08.18 12:22.

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Ich habe für das Kleben, egal mit was für einem Klebemittel, den Grundsatz:

Je größer die Klebefläche ist, desto größer ist die Klebekraft!

Man kann Flächen die zueinander verklebt werden beidseitig mit grobem Schmirgelpapier
aufrauhen, man kann größere Flächen aber auch schon bei der Konstruktion versuchen zu
erstellen. Da gibt es sicherlich bei der Teilekonstruktion viele Möglichkeiten. Wo es möglich
ist würde ich sogar Verzapfungen einbringen und die Teile noch zusätzlich verkleben.......,
aber wie gesagt da gibt es zig Möglichkeiten.

Ich werde auch demnächst jetzt mit meinem eigenen Drucker dieses Modell:
[grabcad.com]
anfangen zu drucken wo ich Teile zusammen kleben muß. Da bin ich dann am überlegen
auch Epoxy zu verwenden.

Moin Wersy,

für Verklebungen verwende ich meistens diese Harz-/Härtermischung, den gibt es auch je nach gewünschter Tropfzeit mit anderen Härtern. Bei einer Gebindegröße von 280gr für knappe 11€ kann man nicht meckern finde ich.
Ich brauche ebenfalls immer nur kleine Mengen. Dafür habe ich einen Adapter auf den beiden Flaschen, um eine Spritze mit normalem LUER-Anschluss anzusetzten und jeweils genaue Mengen abzuziehen (eine ensprechende Tabelle für die Mischvolumina ist bei R&G im Lieferumfang der Doku). Alles andere geht über die Feinwaage. Die Gebinde halten bei korrekter Lagerung weit über das MHD hinaus (teils mehrere Jahre).

Und gerade noch bei Wutz erwähnt: Klebeflächen mit reinem Ethanol (bitte kein Spiritus, Desinfektionsmittel oder Ähnliches) entfetten und am besten Nitrilhandschuhe (die günstigen aus dem ALDI) tragen, das mindert das Krebsrisiko und die Klebeflächen bleiben nach entfetten sauber . Für einen halbwegs definierte Klebeschicht benutze ich wie oben beschrieben Einzeladern vom Stromkabel.

Gruß
Julien

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Wutz....

Es ist ja nun mal voll der Irrglaube das grobes Schmirgelpapier eine gute Vorbereitung der Klebestellen ist.
Richtig ist je feiner das Schmirgelpapier (gut ist so ab 400´er bis 1200´er) ist desto mehr aktive Klebefläche entsteht und um eine noch bessere Verbindung herzustellen sollten die Teile für die Zeit der Abbindung gepresst werden... d.h. in dem hier gezeigten Beispiel reicht bereits eine Linsengroße Menge.
Bei Epoxy-Kleber ist das Motto: Viel hilft viel absolut falsch. Ebenso baut Ihr Euch Sollbruchstellen mit dem Kabeltrick ein. Wie kommt man auf solche (blöden) Ideen ??

Mein Lieblingskleber ist Stabilit-Express und im Laufe der Zeit bekommt man heraus wie sich auch sehr kleine Mengen mischen lassen.
Zugegeben ist nicht wirklich billig, aber überzeugt mich in Hinsicht Handling (da gibt es keine klebrigen Stellen) und Klebeleistung und Abbindegeschwindigkeit.
So eine kleine Packung reicht bei mir ca 1/2 Jahr... weil eben viel nicht viel hilft !

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Die Dummheit ist rund. Niemand weiß, wo sie anfängt und wo sie aufhört.

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(Wood) CTC - i3Clone a.D.
(Yellow) i3-Steel Eigenbau ( Ramps 1.4 )
(Green) Prusa i3-MK3
(Red) DICE von Skimmy
(Blue) Anycubic Chiron
(Grey) Qidi-Tech X-MAX

Luclass

Quote
luclass
Wutz....

Es ist ja nun mal voll der Irrglaube das grobes Schmirgelpapier eine gute Vorbereitung der Klebestellen ist.

Nein, es ist nun mal kein Irrglaube! Es kommt nur darauf an was man unter grob versteht
und wo man was bei welchem Material anwendet!
In meinem ersten Lehrberuf in einer Orthopädischen Werkstätte habe ich den Umgang
mit vielerlei Klebstoffen und Kunstharzen gelernt und ich weiß auch von was ich schreibe!
Klar ist auch, wenn man die Teile beim Kleben zusammenpresst die Klebung besser hält.
Aber warum presst man die Teile zusammen, ganz einfach, daß in erster Linie eventuelle
Lufteinschlüsse herausgedrückt werden die das Kleben nachteilig beeinflussen können.

Ich will ja keinen Streit anzetteln....auch wenn Du das gelernt hast...(heisst es nicht das Du alles richtig gelernt hast... es funktioniert... aber könnte besser!!)

Jeder Rekordversuch von Klebstoffherstellern beginnt mit sehr feinem Schleifpapier um die Oberfläche zu vergrößern.

Deine Methode mit dem groben Schleifpapier ist spaltfüllendes Kleben.
Sehr hilfreich ist da mal ein Blick durch ein Mikroskop auf die Oberflächen.

Der Beweis ist ja auch z.B. bei Pertinaxdruckplatten schon recht häufig erbracht, denn da gibt es die Spezialisten die glauben mit ´ner 120´er Körnung ein gutes Druckbett zu generieren....und wenn dann doch die Mühe auf sich genommen wird auf 600´er Körnung zu gehen ist das schon eine deutliche Steigerung der Haftung zu vermelden.

Bei Klebungen auf Stoß, wie hier vorgeführt, ist halt feinster Schliff erforderlich.
Beim Prothesenbau darf auch ruhig mal geschmaddert werden.
...und... Du hast ja schon selbst bemerkt das die Klebung bei Pressung besser hält....und mit dem groben Schliff baust Du ja auch viele viele Luftkammern ein.
Also bei den Fakten, die Du ja auch bestätigst, ist grobes Schleifen kontraproduktiv.

Ende und aus... aus meiner Sicht ist den Fakten nichts mehr hinzuzufügen.
Ansonsten... viel Spass beim Kleistern... oder mach es halt richtig....grins

---

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Luclass

Quote
luclass
Ich will ja keinen Streit anzetteln....auch wenn Du das gelernt hast...(heisst es nicht das Du alles richtig gelernt hast... es funktioniert... aber könnte besser!!)

Jeder Rekordversuch von Klebstoffherstellern beginnt mit sehr feinem Schleifpapier um die Oberfläche zu vergrößern.

Deine Methode mit dem groben Schleifpapier ist spaltfüllendes Kleben.
Sehr hilfreich ist da mal ein Blick durch ein Mikroskop auf die Oberflächen.

Der Beweis ist ja auch z.B. bei Pertinaxdruckplatten schon recht häufig erbracht, denn da gibt es die Spezialisten die glauben mit ´ner 120´er Körnung ein gutes Druckbett zu generieren....und wenn dann doch die Mühe auf sich genommen wird auf 600´er Körnung zu gehen ist das schon eine deutliche Steigerung der Haftung zu vermelden.

Bei Klebungen auf Stoß, wie hier vorgeführt, ist halt feinster Schliff erforderlich.
Beim Prothesenbau darf auch ruhig mal geschmaddert werden.
...und... Du hast ja schon selbst bemerkt das die Klebung bei Pressung besser hält....und mit dem groben Schliff baust Du ja auch viele viele Luftkammern ein.
Also bei den Fakten, die Du ja auch bestätigst, ist grobes Schleifen kontraproduktiv.

Ende und aus... aus meiner Sicht ist den Fakten nichts mehr hinzuzufügen.
Ansonsten... viel Spass beim Kleistern... oder mach es halt richtig....grins

Laß gut sein mit Deinem gefährlichen Halbwissen was die Orthopädie anbelangt,
denn gerade beim Prothesenbau darf eben nicht geschmaddert werden!

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 06.08.18 08:45.

Quote
luclass
[...]

Bei Epoxy-Kleber ist das Motto: Viel hilft viel absolut falsch. Ebenso baut Ihr Euch Sollbruchstellen mit dem Kabeltrick ein. Wie kommt man auf solche (blöden) Ideen ??

[...]

Immer locker bleiben.
Damit kann man sich wirklich Sollbruchstellen einbauen, das ist richtig - allerdings nur bei falschem Einlegen der Drähte (und eine Einzelader des Stranges hat im Mittel etwa 0,1mm)
Diese dürfen niemals im Randbereich der Klebestelle liegen oder gar darüber hinausschauen und die Randschicht somit unterbrechen! Eine zu dicke Klebeschicht ist ebenfalls nachteilig, eine zu dünne allerdings auch.

Ein Draht im mittigen Bereich erzeugt wirklich eine sehr geringe Kerbwirkung, da der Fremdkörper aber vollständig umschlossen ist wirkt er nicht wie eine Bohrung. Sei es nun Zug/Druck, Biege- oder Knickbeanspruchung, die Stelle der größten Belastung liegt im Randbereich und so lange der nicht beeinflusst wird, bleibt die Klebestelle stabil. Erkläre mir doch bitte einmal, wie du eine definiert dicke Schicht hinbekommst, ohne dass Dir die inhomogenität einer zu dünnen Schicht die ungewünschten und unkontrollierbaren Spannungsspitzen bei Belastug hervorruft.

Gruß
Julien

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Nur mal so nebenbei:
Wir haben bei uns im Unternehmen auch ausgebildete Klebefachkräfte aber vor wenigen Wochen hatten wir eine Infoveranstaltung von unserem Wissenschaftlichen Institut für Materialforschung zum Thema Kleben. Ich hatte auch den Eindruck, dass unsere Fachkräfte nicht schlecht gestaunt haben, als der Vortragende erklärte, dass man immer dachte, die Klebeflächen müssen so rau wie möglich sein. Das wäre ein Irrglaube und er zeigte auch beeindruckende Bilder (Elektronmikroskop) mit entsprechenden Erklärungen.

Das ging natürlich noch deutlich weiter ins Detail aber ich bin kein Wissenschaftler. Es war aber beeindruckend, wie festsitzendes Wissen so plötzlich zu Schnee von gestern wurde.

Gruß
Andreas

3-mal bearbeitet. Zuletzt am 07.08.18 09:50.

---

Einen Sparkcube 1.1XL für größere Objekte, einen Trinus3D im Gehäuse und einen Tantillus R im Bau und einen Qidi Tech Q1 Pro im Zulauf.
Sparkcube: Komplett auf 24V - DDP 8mm + 1,5mm Carbonplatte - RADDS 1.5 + Erweiterungsplatine + RAPS128 - Nema 17/1,7A 0,9 Grad - ind. Sensor für Z-Probe (kein ABL) - FTS - Titan Booster Hotend - Sparklab Extruder - Firmware Repetier mit @ Glatzemanns G33 - Repetier Server pro - Simplify3D

Tja, soll ja recht sein, aber was jetzt zum Thema Kleben hier von der Materialforsching nicht bekannt ist
was die unter Rau oder aber auch Grob verstehen möchten! Ich kann nur glauben was ich sehe oder für
mich beweisbar ist!

Und Andreas, was klebt ihr denn so in eurem Unternehmen zusammen, nur mal so aus Interesse?

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 07.08.18 10:57.

Fahrzeuge, Flugzeuge,... was wir so an Spielzeug haben.

Klebetechnik ist halt mittlerweile extrem expansive.
Aber alleine die Zertifizierungen sind sehr aufwändig.
Wir sind da noch in der Einstiegsphase.
Momentan bauen wir da diverse Fähigkeiten auf. U.a. 3D Druck für den Prototypenbau.

Gruß
Andreas

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Boui3D
Fahrzeuge, Flugzeuge,... was wir so an Spielzeug haben.

Klebetechnik ist halt mittlerweile extrem expansive.
Aber alleine die Zertifizierungen sind sehr aufwändig.
Wir sind da noch in der Einstiegsphase.
Momentan bauen wir da diverse Fähigkeiten auf. U.a. 3D Druck für den Prototypenbau.

Gruß
Andreas

Klein-Spielzeugindustrie oder richtige Groß-Spielzeugindustrie?
Darfst Du hier die Firma mit einem Link bekannt geben?

Spielzeug war Spaß. Es sind die großen Sachen. Kein Link. Sorry

Gruß
Andreas

3-mal bearbeitet. Zuletzt am 07.08.18 14:08.

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Einen Sparkcube 1.1XL für größere Objekte, einen Trinus3D im Gehäuse und einen Tantillus R im Bau und einen Qidi Tech Q1 Pro im Zulauf.
Sparkcube: Komplett auf 24V - DDP 8mm + 1,5mm Carbonplatte - RADDS 1.5 + Erweiterungsplatine + RAPS128 - Nema 17/1,7A 0,9 Grad - ind. Sensor für Z-Probe (kein ABL) - FTS - Titan Booster Hotend - Sparklab Extruder - Firmware Repetier mit @ Glatzemanns G33 - Repetier Server pro - Simplify3D

Da ich einige Fragen zu den Zugscherversuchen des 2K Epoxy Klebers UHU Plus Endfest 300 hatte, habe ich bei UHU den zuständigen Experten angerufen.
Aus dem interessanten Gespräch möchte ich hier einige Punkte weitergeben.

Bei Klebern unterscheidet man zwei Arten der Haftung:

1. Oberflächenhaftung durch molekulare Bindung (sog. spezifische Adhäsion; allg. Dipol-Bindungen).
Eine glatte Oberfläche kann z.B. durch Anschleifen vergrößert werden.
Die Fläche vergrößert sich aber nicht durch feinkörniges Anschleifen. Egal wie angeschliffen wird, die Oberfläche bleibt stets gleich groß.
Zur Verdeutlichung zwei Oberflächen mit gleicher Oberfläche:



2. Mechanische Anhaftung
Sie wirkt wenn gröber angeschliffen wird. Die mechanische Haftung macht 20% - 30% an der Gesamthaftung aus.

Das lässt sich aber nur begrenzt anwenden, denn eine zu große Tiefe geht zu Lasten der Oberflächenstabilität des Bauteiles. Des Weiteren vergrößern sich durch zu starkes Anschleifen die Spalte, die der Klebstoff überbrücken muss, was höhere Klebstoffschichtdicken mit sich bringt und damit die Stabilität der Klebstoffschicht reduziert, da Kräfte nicht mehr optimal übertragen werden und Scher- und Hebelkräfte sich stärker auswirken.

Welche Körnung als fein angesehen wird ist relativ. Für gängige Anwendungen mit spaltüberbrückenden Klebern ist eine Körnung von 120 -200 schon als fein anzusehen. Unedle Metalle kann man bspw. gut mit 120er Körnung anschleifen, um Oxidschichten zu entfernen.

Speziell bei meinen Testkörpern waren die Kontaktflächen nicht glatt, sondern riefig, da es Außenwandflächen waren: LH = 0,3 EW = 0,5.
Hätte ich nur fein geschliffen, wären die Rillen glatt geblieben. Deswegen habe ich das gröbste Schleifpapier genommen, das ich hatte.
Anders wäre es gewesen, wenn ich die Testkörper senkrecht gedruckt hätte. Dann wären die Flächen spiegelglatt. Dann hätte ich auch etwas feiner anschleifen können.
Ich glaube aber kaum, dass ein so gedrucktes Teil auch nur annähernd 27 kg ausgehalten hätte.

Schichtdicke
Für UHU Endfest wird eine Schichtdicke von 0,2 bis 0,3 mm empfohlen. Je dünner die Schicht, je starrer die Verbindung. Eine dickere Schicht kann die Verbindung geringfügig elastischer machen. Wie im Datenblatt angegeben, kann durch leichte Veränderung des Mischungsverhältnisses auch ein elastischeres oder starreres Endprodukt erzeugt werden. In der Regel ist aber die 1:1 Anmischung empfohlen.

Ein weitere Hinweis:
UHU Plus Endfest 300 kann man nur noch gewerblich beziehen, da für den Umgang strengere Vorsichtmaßnahmen zu treffen sind. Er hat eine höherer Klebekraft als das freiverkäufliche UHU Plus Endfest. Die Festigkeiten zw. UHU Plus endfest und UHU Plus endfest 300 sind vergleichbar, allerdings ist UHU Plus endfest 300 vibrationsbeständiger.

Wie ich weiter erfuhr, hat Fabian Hesse u.a. diesen Kleber umfangreich getestet und im Vergleich sehr gute Ergebnisse erzielt.
Ähnlich gut schnitt bei ihm UHU Allplast ab. Dieser Kleber ist frei verkäuflich. Er hat den Vorteil, dass er ein Lösungsmittel enthält, das auch PLA anlöst.

Mit Fabian habe ich Kontakt aufgenommen und ihn gebeten, er möge seine Testreihe hier gerne anhängen.

Übrigens:
Der Experte von UHU war von der Klebekraft bei meinem Zugversuch beeindruckt…

Gruß Michael

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Danke Michael für den sehr guten und ausführlichen Bericht.
Das sind mal Aussagen die nachvollziehbar sind und die bei UHU
wissen von was sie reden!

Quote
Wutz
Danke Michael für den sehr guten und ausführlichen Bericht.
Das sind mal Aussagen die nachvollziehbar sind und die bei UHU
wissen von was sie reden!

Ich habe schon gewusst, wer von dem Bericht besonders angetan sein wird

Gruß Michael

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