Alterung der Molekülverbunde in Klebefugen untersuchen

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Energie von Makromolekülen und die Viskosität

Die Viskositätskonstanten der Ruheviskosität und der Bewegungsviskosität sind temperaturabhängig. Bei einer Erhöhung der Temperatur nimmt die Ruheviskosität schneller ab als die Bewegungsviskosität. Die Moleküle der Ruheviskosität sind demnach energieärmer als die Moleküle der Bewegungsviskosität. Die Zufuhr von Energie führt dazu, dass energieärmere Moleküle zu energiereicheren Molekülen werden. Wird hingegen Energie entzogen, resultiert dies in einer Zunahme der energieärmeren Moleküle. Das Abkühlen einer Klebefuge, also ein Energieentzug, erhöht zum Beispiel die Anzahl an energieärmeren Molekülen. Das Gleiche passiert bei einem Entzug von Energie durch Zugkraft. Die Moleküle sind dann weniger stark an ihre Nachbarmoleküle gebunden und es kann zur Brüchigkeit der Klebefuge kommen. Unter Druck hingegen werden energieärmere Moleküle zu energiereicheren Molekülen. Durch die Energiezufuhr kommt es zu einem Strukturabbau, die Polymere glätten sich und die Viskosität nimmt ab. Darum können Klebstoffe, wie Gletscher unter ihrem eigenen Gewichtsdruck fließen. Und Segelboote aus GFK (Glasfaser-verstärkter Kunststoff)-Polyester werden weicher unter der dauerhaften Spannung der Wanten und sind bereits nach ein bis zwei Jahren nicht mehr für den Wettkampfsport geeignet. Bei Ruheviskosität sind energieärmere und energiereichere Moleküle in einem Gleichgewicht vorhanden. Dadurch lässt sich der Anteil der energieärmeren Moleküle (n) in einem Klebstoff mathematisch berechnen. Er ist unterschiedlich für verschiedene Arten von Klebstoffen. Die Werte können in Kombination mit den spezifischen Fließgrenzen der Klebstoffe auch Auskunft über die Oberflächenspannung (σ) geben (s. Tab. 1).

Energieärmere Moleküle bilden sich schneller

Ein Teil der Energie der energiereichen Moleküle wird für die Bindung des Klebstoffs an das Substrat benötigt. Beim Trennen einer Verklebung wird diese Energie wieder frei. Bei manchen Verklebungen kann man diesen Vorgang beim Trennen in Dunkelheit erkennen. Es kommt zu Lichterscheinungen, die durch das Aussenden von Lichtquanten entstehen, wenn Elektronen auf niedrigere Energieniveaus herabfallen. Das Aussenden der Lichtquanten deutet auf einen spontanen Vorgang hin, der schneller erfolgt als das Anheben der Elektronen auf eine energetisch höhere Elektronenbahn. Energieärmere Moleküle bilden sich demnach also schneller als energiereiche Moleküle. Damit lässt sich das Verhalten von Klebefugen in Wechselwirkung mit Temperatur und Zug-Druck näher beleuchten.

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