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Klebstoffe und ihre Gewichte: DIE MÄR VOM SCHWEREN KLEBER


FMT Extra - epaper ⋅ Ausgabe 20/2020 vom 20.12.2019

Immer wieder hört man, dass für ein leichtes Modell unbedingt nur Sekundenkleber zu verwenden sei, alles andere sei „viel zu schwer“. Solche Aussagen sind insbesondere im Zusammenhang mit dem klassischen Weißleim immer wieder zu finden. Aber ist da wirklich was dran?


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Bildquelle: FMT Extra, Ausgabe 20/2020

Ich bin wieder einmal dabei, ein neues Modell zu bauen. Dabei handelt es sich um ein größeres Motorflugmodell mit fast drei Metern Spannweite. Es wird eine Pilatus Porter PC-6, in der ursprünglichen Kolbenmotorversion aus dem Jahre 1959/60. Als ich dann mit dem Holz-Rohbau so langsam fertig wurde, habe ich realisiert, dass ich bis zu diesem Zeitpunkt sechs Weißleim-Flaschen zu je 120 g Gewicht geleert hatte, was zusammen 720 g „Weißleimgewicht“ ergibt!

720 g Weißleim bei einem Rohbaugewicht von rund 5.075 Gramm? Nee, das kann nicht sein. Gut, Leim der aus den Klebefugen herausquillt, entferne ich natürlich, aber wie viel das ist? Auch schwer zu sagen. Klar ist natürlich auch, dass Weißleim beim Trocknen an Gewicht verliert, da ja das Lösungsmittel verdunstet. Aber wie viel ist das denn? Nun, zumindest diese Frage sollte sich doch beantworten lassen.

Ich arbeite bei Mettler Toledo, im Bereich der analytischen Instrumente. Auch wenn ich nicht direkt mit Waagen zu tun habe, steht mir im Geschäft eine (zugegeben ältere) Waage zu Verfügung, die auf vier Nachkommastellen genau wiegen kann. Das heißt, mit ihr kann ich auf 0.0001 g, also einem Zehntausendstel Gramm genau wiegen! Die Wiederholgenauigkeit liegt dabei im Bereich von 0.0002-0.0004 g. Das sollte doch reichen, um mal zu schauen, wie sich die verschiedenen Klebstoffe beim Aushärten so verhalten.

Gewichtsmessungen

Der Versuchsaufbau ist einfach. Zuerst wird ein Probenträger zugeschnitten. Dazu reicht eine kleine rechteckige Platte von zum Beispiel 20×40 mm. Bei den ersten Versuchsmessungen habe ich eine Kunststoffplatte genommen, später Balsaholzplättchen mit einer Dicke von 1,5 Millimeter. Das Balsaholz hat den Vorteil, dass das Lösungsmittel auch „nach unten“ durch das Holz diffundieren und verdunsten kann. So wird der komplette Trocknungsprozess unterstützt und es geht etwas schneller. Nach rund zwei Tagen ist auch das Lösungsmittel, das in das Holz eingedrungen ist, verdunstet. Die bei den Messungen trockene Luft mit 35-40 Prozent Luftfeuchtigkeit hat das möglicherweise zusätzlich begünstigt.

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Diese „Probenplättchen“ habe ich mit der zukünftigen Kleberprobe beschriftet und dann gewogen (noch ohne Kleber). Dieses Gewicht ist das „Tara-Gewicht“ der Kleberprobe. Als nächstes habe ich einen Tropfen Klebstoff auf das Plättchen gegeben und sogleich gewogen. Damit hatte ich dann das jeweilige Startgewicht. Die Waage ist so genau, dass selbst beim Weißleim das Gewicht auf der letzten Kommastelle sogleich anfängt „zurückzulaufen“, da laufend Lösungsmittel verdunstet, mit am Anfang mehr als 0,0001 g pro Sekunde an Gewichtsverlust! Andere Kleber sind hier natürlich noch viel schneller, was den Gewichtsverlust angeht, je nach dem, um was für eine Art von Kleber es sich handelt.

All die Kleberproben habe ich dann in größeren Abständen nachgewogen, bis sich das Gewicht nicht mehr veränderte. So konnte ich sicher sein, dass der größte Teil an Lösungsmittel ausgeschieden/verdunstet ist und somit der Kleber als komplett ausgehärtet angesehen werden kann. Damit waren dann alle Werte vorhanden, um die effektive Gewichtsverminderung beim Aushärten errechnen zu können. In der Tabelle ist dann als Resultat der prozentuale Gewichtsverlust für den jeweiligen Klebstoff angegeben/hervorgehoben.

Da die ersten Resultate mit dem Weißleim interessant und reproduzierbar waren, habe ich im Anschluss alle Kleber zusammengesucht, die ich zu diesem Zeitpunkt hatte. Diese habe ich dann alle auf die gleiche Weise durchgewogen. Einige, etwa die 2-Komponenten-Kleber, sind dabei natürlich nicht unbedingt relevant, was den Gewichtsverlust beim Aushärten angeht, aber trotzdem kam hier ein interessanter Aspekt zu Tage.

Die Resultate Weißleim/Holzleim

Als Auslöser dieser Studie stand ja die Frage im Raum, um wie viel leichter Weißleime mit dem Aushärten werden. Die Antwort ist: Ein Weißleim verliert 46-50 Prozent seines Bruttogewichtes beim Aushärten.

Die Unterschiede zwischen den vier getesteten Produkten sind nicht sehr groß. Die Proben mit den Nummern 01 und 03 sind beide von „Henkel“ und annähernd identisch, was nicht überraschend ist, da der gleiche Hersteller. Beide müssten dem altbekannten Ponal Express entsprechen. Die Marke Ponal Express scheint so nicht mehr weiter geführt zu werden, bzw. wurde gemäß einer Katalogaussage in die Marke „Pattex Express Holz“ überführt.

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Halbzeit beim Holz-Rohbau, sicher schon zwei ganze Flaschen Weißleim waren bis zu diesem Zeitpunkt verbraucht worden-und das Beplanken stand noch bevor.


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Die Mettler Laborwaage AM100 wiegt auf vier Nachkommastellen genau.


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Klassischer Weißleim verliert beim Aushärten 46-50 Prozent seines Bruttogewichts.


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Als Trägerplatten dienten rechteckige Balsaholzplättchen. Sie wurden mit der künftigen Klebeprobe beschriftet und einzeln gewogen.


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Nachdem das Tara-Gewicht der Plättchen notiert war, wurde der Klebstoff darauf gegeben und sogleich wieder gewogen. Damit stand das Startgewicht fest.


Im Falle meines oben erwähnten Modelles habe ich also nicht gut 700 g Leimgewicht im Rohbau stecken, sondern nur etwas um die 390 g, maximal. Abzüglich der teilweise großen Leimnasen, die ich beim Verkleben wieder abgewischt habe (herausgequollener Leim), dürften sich am Modell vielleicht etwas um die 200-250 g an ausgehärtetem Weißleim im Holzrohbau finden. Unter Berücksichtigung, dass der ganze Holzrohbau rund 5.000 Gramm wiegt, wird damit die Thematik Klebergewicht deutlich entschärft. Mit etwas um die 5-6 % Klebergewichtsanteil am Rohbau, damit kann ich bei einem Modell dieser Größe gut leben. Bezogen auf das Abfluggewicht von 14,6 kg, wären das nur noch etwa 1,4-1,7 % Kleber-Gewichtsanteile für den Rohbau. Damit kann ich gut leben, irgendetwas muss die Einzelteile des Modells schließlich auch sicher zusammenhalten

Einkomponenten-Kleber

In diese Rubrik nahm ich all die Kleber auf, die direkt „aus der Tube heraus“ verwendet werden können, aber kein Weißleim oder Sekundenkleber sind. Im Wesentlichen sind das auch Kleber, bei denen ein Lösungsmittel verdunstet und so die Aushärtung „initiiert“.

Hier habe ich verschiedene Uhu Kleber, die ich regelmäßig verwende, analysiert. Dazu kommt noch Cementit, ein Kleber, der in der Schweiz sehr verbreitet ist. Hier sind deutlich größere Streuungen in den Resultaten festzustellen, was natürlich den verschiedenen Einsatzbereichen, das heißt Eigenschaften der Klebesysteme, geschuldet sein dürfte.

Die geringste Gewichtsabnahme mit knapp 40 % weist Cementit auf. Das ist sogar weniger als bei den Weißleimen. In der Anwendung ist Cementit vergleichbar mit Uhu Hart, es ist ein typischer Universalkleber für den Haushalt. Ausserhalb der Schweiz scheint Cementit aber eher unbekannt zu sein.

Uhu Por ist mit 56 % Gewichtsreduktion etwas „besser“ als Weißleime. Für mich ist überraschend, dass dieser Kleber sich praktisch gleich verhält wie Weißleim. Ich setze ihn hauptsächlich für Verklebungen bei Depronteilen ein. Und das sind dann gerade Konstruktionen, die eigentlich leicht (!) sein sollten. Zukünftig werde ich dem sicher Rechnung tragen, die Frage ist nur, was ist hier ein besserer, leichterer Klebstoff?

Uhu Hart ist mit 61 % Gewichtsverlust der nächste Kleber in dieser Runde. Eigentlich nicht überraschend für mich, denn als „Fugenfüller“ hat sich Uhu Hart noch nie bewährt. Das ist jetzt nicht mehr erstaunlich, wenn man weiß, wie viel dieser Kleber beim Aushärten „verliert“. Ich hätte nicht gedacht, dass der Uhu Kontakt Kraftkleber mit knapp 70 % Gewichtsverlust, mehr als 2/3 an Gewicht verliert beim Aushärten. Gleichzeitig sind solche Verklebungen praktisch sofort belastbar, wenn man die Teile zusammenfügt. Das werde ich mir für die Zukunft merken.

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Bildquelle: FMT Extra, Ausgabe 20/2020

Leergewichte der Trägerplättchen, Startgewichte mit Kleber und Gewichte nach dem Austrocknen wurden in eine Tabelle eingetragen.


Knapp noch etwas „besser“ ist mit 71,5 % Gewichtsverlust Uhu Allplast beim Aushärten. Dieser Kleber wird zum Verkleben von (klebbaren) Kunststoffen wie ABS oder auch PLA verwendet. Ich habe ihn schon immer für das Verkleben von meinen 3D-Druckteilen aus PLA verwendet. UHU Allplast löst diese Materialien leicht an und verschweißt sie damit regelrecht beim Aushärten. Da er gleichzeitig nach dem Trocknen so ein geringes Nettogewicht hat, passt er wunderbar zum Verkleben von Kunststoffteilen für ein Flugzeugmodell.

Absoluter Spitzenreiter in Sachen Gewichtsverlust ist der Revell Plastik-Kleber flüssig. Mehr als 83 % gehen beim Aushärten dieses Flüssigklebers an Gewicht verloren. Leider ist das kein typischer Klebstoff, wie er zum Bau von RC-Modellen verwendet wird. Es ist ein Kleber für den Bau von Kunststoff-Standmodellen. Wer kennt die vielen verschiedenen Revell-Modelle nicht?!

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Die geringste Gewichtsabnahme im Test wies der in der Schweiz sehr verbreitete Universalkleber Cementit auf, mit nur knapp 40 Prozent verliert er beim Aushärten sogar weniger Gewicht als Weißleim.


2-Komponenten-Kleber

Eigentlich wollte ich zuerst gar keine 2-Komponenten-Kleber durchwiegen, denn schließlich ist doch hier nichts Spezielles zu erwarten. Wie wir wissen, reagieren hier die beiden Komponenten durch das Zusammenmischen und härten durch eine chemische Reaktion aus. Was also soll sich hier Spezielles tun?

Der Vollständigkeit halber habe ich dann aber die drei Kleber, die ich gerade hatte, dann doch in diese Mess-Serie aufgenommen. Das hat sich dann doch noch gelohnt, wenn auch nur in Bezug auf eine Feststellung, die aber kaum einen Einfluss auf die praktische Anwendung hat.

Der Pattex Stabilit Express Kleber ist insofern etwas anders als die „normalen“ 2-Komponenten-Kleber, weil bei ihm eine der Komponenten ein Pulver ist. Für mich überraschend ist der Umstand, dass mit dem gut messbaren Gewichtsverlust von gut 1,6 % (nach zwei Tagen) doch etwas verloren geht beim Aushärten. Was da genau die Ursache ist, weiß ich aber nicht.

Ganz anders sieht es bei den beiden Epoxid-Klebern aus, hier nimmt das Klebergewicht in den folgenden Tagen sogar zu! Beim 5-Minuten-Epoxi von R&G sind es 0,36 % Gewichtszunahme und beim UHU Plus Endfest 300, der nach 12 Stunden fest ist, sind es sogar 0,65 % Gewichtszunahme-nach nur zwei Tagen.

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Uhu Allplast eignet sich für Kunststoffe (z.B. ABS) und verliert ganze 71,5 % an Gewicht. Besser ist nur der Revell Plastik-Kleber (83 %) für Plastik-Standmodelle.


Sicher, für uns Modellbauer ist diese minimale Gewichtszunahme irrelevant, aber was passiert hier? Schließlich gibt man ja während dem Aushärten keine zusätzliche Komponente dazu! Wenn man sich die Werte beim Stabilit Express anschaut, sieht man, dass schon 20 Minuten nach dem Anmischen 1,87 % Gewichtsverlust feststellbar sind. Danach nimmt das Gewicht wieder langsam zu, bis auf die -1,6 % Gewichtsverlust nach zwei Tagen, also auch eine Gewichtszunahme-woran liegt das?

Natürlich gibt es eine Erklärung und ich glaube, die lautet ganz einfach: Wasser! Viele Kunststoffe neigen dazu, Wasser in ihrem Gefüge einzulagern. Bei manchen Kunststoffen ist es sogar so, dass ohne einen gewissen Wasseranteil das Material extrem spröde wird. Nylon ist hier ein gutes Beispiel: Nylonpropeller benötigen einen gewissen Wasseranteil, ansonsten ist das Material so spröde, dass es gefährlich wäre, so einen Propeller einzusetzen. Normalerweise ist das aber kein Problem, da sich das Material das Wasser aus der Luft holt.

Das dürfte also die Erklärung für die Gewichtszunahme der 2-Komponenten-Kleber sein. Im Moment des Anmischens von Harz und Härter enthalten diese kein (oder nur sehr wenig) Wasser. Sobald sie aber der Luft ausgesetzt sind, beginnen sie offensichtlich damit, Wasser aufzunehmen-und das führt zu der messbaren, wenn auch minimalen Gewichtszunahme.

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Das Gewicht von Epoxid-Klebern nimmt beim Aushärten sogar zu! Beim 5-min-Epoxid sind es 0,36 %…


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…beim UHU Plus Endfest 300 beträgt die Gewichtszunahme sogar 0,65 %.


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Die Testträger nach dem Trocknen.


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Die Gewichtsabnahme beim Sekundenkleber betrug mehr als 74 %. Die Verdunstung zeigt sich deutlich in Form von weißen Schlieren.


Sekundenkleber

Stellvertretend für alle Sekundenkleber (normalen, sehr flüssigen) habe ich auch noch eine Probe mit dem Tesa Sekundenkleber gemacht. Die Gewichtsabnahme von mehr als 74 % ist sehr deutlich. Da sollte man sich also wirklich nicht wundern, wenn es beim Verkleben von transparenten Kabinenhauben mit einem normalen Sekundenkleber zu den bekannten weißen Schlieren auf der Innenseite kommt. Schließlich verdunstet einiges, wie man jetzt sehen kann, während sich das (Sekunden) Klebergewicht stark verringert. Diese weißen Schlieren sind nichts anderes als niedergeschlagene Sekundenkleberdämpfe, so wie sich Wasserdampf an einer kühlen Scheibe niederschlägt.

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Was heißt das nun für uns?

Tja, für mich waren die Resultate mit den Weißleimen erst mal beruhigend. Für das Verkleben von Holz werde ich auch weiterhin auf die bewährten, schneller aushärtenden Weißleime setzten. Egal ob das jetzt kleine Modelle von wenigen hundert Gramm sind oder solche mit zig Kilogramm Gewicht.

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Für mich war das eine ganz informative, private Studie, die vielleicht auch für andere „gewichtssensibilisierte“ Modellbauer interessant sein kann. Der Auslöser dieser Arbeit, das Modell der PC-6, fliegt inzwischen problemlos mit seinen (vollgetankt) 14,6 kg. Und das, obwohl neben dem Weißleim auch noch die meisten anderen analysierten Kleber zum Einsatz kamen.

Kleben-eine Geschichte für sich

Das Verkleben von Gegenständen, das heißt das Verbinden von zwei Teilen mit einem zusätzlichen „klebrigen Stoff“, gehört wohl zu einer der ältesten Fertigkeiten der Menschheit.

Vor 120.000 und mehr Jahren: Schon in der Steinzeit war die Birke der Lieferant für einen Klebstoff. Neandertaler und der steinzeitliche Homo Sapiens gewannen aus der Birkenrinden, durch die sogenannte Trockendestillation (Zuführung von Hitze unter Luftabschluss), Birkenpech. Damit konnten verschiedene Werkstoffe wie zum Beispiel Holz, Stein, Leder, Federn usw. beim Anfertigen von Werkzeugen und Waffen miteinander verbunden werden (Keilspitzen an Pfeilschäfte kleben, Anbringen von Axtköpfen auf Holzstielen, Versiegeln von Schuhen und Gefäßen). Zum Schluss ein kleiner Ausflug in die Historie des Klebers. Das ist aber nur ein kleiner Überblick, wie sich die Klebetechnik entwickelte und erhebt keine Ansprüche auf Vollständigkeit (Kasten rechts).

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4000 v. Chr.: In Mesopotamien wurden Asphalt und Pech, aus oberirdischen Quellen zum Kleben allgemein und beim Tempelbau verwendet.
3000 v. Chr.: Die Sumerer kochten aus Tierhäuten eine Art Glutinleim. Sie setzten auch schon Klebstoffe ein, die aus tierischem Blut und Eiweiß gewonnen wurden.
1500 v. Chr.: In Ägypten entdeckte man, dass man mit einem Sud aus Sehnen, Knorpel und anderen tierischen Abfällen Klebstoffe herstellen kann, er wurde warm aufgetragen. Seine Langzeitbeständigkeit hat er dadurch bewiesen, dass solcher Kleber an einer Tafel gefunden wurde, die Bestandteil des rund 3:500 Jahre alten Grabschatzes von Tut Anch Amun ist. 160triebene Leimfabrik eröffnet.
1754: In England wird das Patent für einen Fischleim erteilt.
1880: Otto Ring entwickelt den ersten gebrauchsfertigen Fischleim „Syndetikon“.
1889: Ferdinant Sichel entwickelt den ersten gebrauchsfertigen Pflanzenleim. 1909: Mit dem Patent zur Phenolharz-Härtung für Leo Baekeland beginnt das Zeitalter der synthetisch hergestellten Klebstoffe.
1914: Der auch heute noch vielfach verwendetet synthetische Rohstoff Polyvinylacetat wurde von Rollet und Klatte patentiert. Bekannte Handelsnamen sind hier Latex, Mowicoll und Vinnapas.
1930: Die Firma merz+benteli AG (CH) vertreibt unter dem Namen „Cementit“ den ersten wasserfesten und vollsynthetischen Klebstoff. Er ist noch heute ein Synonym für einen Alleskleber im Heimbedarf. Aussehen und Verwendung gleichen dem späteren Uhu Alleskleber von 1932.
1932: Der ehemalige Apotheker August Fischer entwickelte (gemäss Firmen-Webseite) den ersten gebrauchsfertigen, glasklaren Kunstharz-Klebstoff der Welt. Dieser Kleber kam unter dem Namen „Uhu Alleskleber“ auf den Markt.
1939: Dem Schweizer P. Castan wurde das Patent für Epoxidharze erteilt. Er arbeitete mit Polyaddition zum Aufbau von Kunststoffen.
1956: Professor Vernon Krieble von Henkel stellt den Klebstoff „Loctite, the liquid locknut“ vor. Mit ihm können Schrauben und Muttern gegen Lösen gesichert werden (es handelt sich um einen anaeroben Kleber, der unter Luftabschluss aushärtet). Loctite ist heute das Synonym für eine flüssige Schraubensicherung.
1960: Es wird mit der Produktion von Cyanacrylat-Klebstoffen begonnen. Diese werden als Sekundenkleber bekannt.
1969: Henkel stellt den Klebestift „Pritt“ für „Büroanwendungen“ vor

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