Haftreibung

Im Kontext der Fügetechnik wird Haften nahezu so verwendet wie der Terminus Bindung in der Chemie. Haften wird als Vereinfachung für Haftreibung oder Ruhereibung (auch Haftreibungskraft genannt) verwendet.

Die Haftreibungskraft ist eine Kraft (F), die das Gleiten sich berührender Partner (Körper) verhindert. (Beide Körper befinden sich zueinander in Ruhe) Wenn die Haftreibung groß genug ist, spricht man von Haften. Die Haftreibung ist umso größer, je größer die Normalkraft FN ist und je größer die Reibungszahl ist. In vielen Bereichen ist eine Haftung zwischen zwei Materialien notwendig. Dabei soll diese auf der kompletten Grenzfläche auch ohne eine mechanische Verbindung gegeben sein. Dafür lassen sich die physikalischen Effekte der Adhäsion und Kohäsion nutzen. Bei einigen Materialien kann man zudem schweißen oder löten. Bei Kunststoffen sind hohe Temperaturen jedoch nicht immer möglich. Großflächige Plasmabehandlungen bieten hingegen die Möglichkeit, chemisch kovalente Bindungen zwischen zwei Materialien bei Temperaturen kleiner als 50 °C zu erzeugen. Plasmabehandlungen erzeugen entweder reaktive Schichten auf der Oberfläche, chemisch funktionelle Gruppen oder Radikale in der Oberfläche. Damit lassen sich Metalle mit Kunststoffen sowie Kunststoffe mit Kunststoffen chemisch verbinden. Wenn man Bauteile miteinander verbinden möchte, ergeben sich langzeitstabile und langzeitinstabile Ansätze.

Die Natur sieht vor, dass sich jeder Körper in Idealzustand versetzt, oder anders ausgedrückt, dass jedes Atom die Edelgaskonfiguration anstrebt (8 Elektronen auf der äußeren Elektronenschale). Dieses Phänomen wird in der Nanophysik ausgenutzt um ein Haften zwischen unterschiedlichen Werkstoffen sicherzustellen.

Plasmabehandlungen mit Argon haben den Vorteil, dass die Oberflächenchemie des Bauteils nicht verändert wird. Der Nachteil ist, dass die offenen Bindungen relativ schnell wieder rekombinieren. Um auch einige Stunden nach der Aktivierung noch genügend offene Bindungen in der Oberfläche zu haben, muss deswegen relativ
lange (mehrere Minuten) aktiviert werden. Bei Oberflächenbehandlungen mittels Plasma geschieht dies in Form von Beschichtung und Aktivierung. In der Industrie weckt der Fokus eine technische Lösung zur Haftung von Kunststoffen auf Kunststoffen und von Kunststoffen auf Metallen/Metalllegierungen großes Interesse. Der Großteil der technischen Kunststoffe ist unter Normalbedingungen gegenüber den meisten Chemikalien inert. Das heißt, dass man die meisten Kunststoffe an- oder sogar auflösen kann, die Polymerketten aber keine chemischen Reaktionen eingehen. So lässt sich beispielsweise Polyethylen (PE) nur aufwändig kleben und ist gegen Säuren und Basen resistent. Im Vergleich dazu lässt sich Polyamid aufgrund der im Polymer vorhandenen chemisch reaktiven Gruppen relativ einfach kleben. Hat man in den Polymerketten reaktive, sogenannte funktionelle Gruppen, kann man mit ihnen eine chemisch feste Verbindung und damit optimale Haftung zum Kunststoff herstellen.