Engineering-Tools

Fehlersuche bei Haftungsversagen an Kunststoffen

Beantworten Sie fünf Fragen dazu, wie Ihre Klebung, Bedruckung oder Beschichtung versagt hat. Die Fehlersuche ordnet die wahrscheinlichsten Ursachen nach Rang und sagt Ihnen, was Sie zuerst prüfen sollten.

Versagen diagnostizieren

Beantworten Sie, was Sie wissen, und überspringen Sie, was Sie nicht wissen. Die Rangfolge geht von der Häufigkeit aus, mit der diese Ursachen in der Praxis auftreten – unzureichende oder abgeklungene Behandlung mit großem Abstand zuerst, dann Trennmittel und Silikon, dann Additivmigration – und passt sie an Ihre Antworten an.

1. Wo trat das Versagen auf? Betrachten Sie beide Seiten der versagten Verbindung oder des abgelösten Drucks – ein Stereomikroskop mit 10-40x Vergrößerung klärt das in wenigen Minuten.
2. Um welchen Kunststoff handelt es sich?
3. Wann trat das Versagen auf?
4. Wurde die Oberfläche vorbehandelt?
5. Was ist Ihnen aufgefallen? (alles Zutreffende ankreuzen)

Häufige Ursachen für Haftungsversagen bei Kunststoffen

Zu jeder Ursache sind die Anzeichen aufgeführt, die auf sie hindeuten, sowie wie sie sich bestätigen und beheben lässt. Ändern Sie jeweils nur eine Variable; der stärkste Beweis für eine Ursache ist, den Fehler gezielt ab- und wieder einschalten zu können.

Oberflächenenergie zu niedrig (unbehandelt oder unzureichend behandelt)

Der Klebstoff, die Tinte oder die Beschichtung hat die Oberfläche nie benetzt und hat daher fast nichts, woran sie haften kann. Die häufigste Einzelursache bei Polyolefinen, Acetal, Fluorpolymeren und TPE.

Typische Anzeichen

  • Saubere Ablösung – der Kunststoff wirkt unberührt
  • Flüssigkeiten perlen ab, ziehen sich zurück oder bilden Fischaugen
  • Ein Kunststoff mit niedriger Oberflächenenergie: PP, PE, TPO, Acetal, PTFE, Silikon

So bestätigen Sie es

So beheben Sie es

  • Vorbehandeln: Beflammung, Korona, Atmosphärendruck- oder Kaltgasplasma oder Pyrosil® für Fluorpolymere und Silikon
  • Typische Zielwerte sind 38-44 dyn/cm für Tinten und Klebstoffe; strukturelle Klebungen benötigen mehr (Nylon 50-54)
  • Behandlungsniveau in jeder Schicht überprüfen

Mehr dazu: Oberflächenvorbehandlung · Oberflächenenergie erklärt

Behandlung vor der Verarbeitung abgeklungen

Das Teil wurde behandelt, doch die zusätzliche Oberflächenenergie ist vor dem Bedrucken oder Kleben abgeklungen. Behandelte Oberflächen verlieren Energie, da sich Polymerketten umorientieren und Additive an die Oberfläche wandern – bei Polyolefinen größtenteils in den ersten 24 Stunden und bei warmer Lagerung schneller.

Typische Anzeichen

  • Teile werden chargenweise behandelt und gelagert
  • Gute Ergebnisse bei frischen Teilen, schlechte bei älterem Bestand
  • Eine Linie, die im Winter funktioniert und im Sommer versagt

So bestätigen Sie es

  • Ein frisches Teil behandeln und sofort beschichten oder kleben – funktioniert das, liegt das Problem zwischen Behandlung und Prozess
  • Eine Abklingkurve messen: 0, 1, 4 und 24 Stunden; 3, 7, 14 und 28 Tage

So beheben Sie es

  • Eine maximale Zeitspanne zwischen Behandlung und Klebung in die Prozessspezifikation aufnehmen
  • Inline unmittelbar vor dem Prozess behandeln; behandelte Teile kühl lagern
  • Ein direkt nach der Behandlung aufgetragener Primer konserviert die Aktivierung; Pyrosil® hält Wochen bis Monate

Mehr dazu: Wie lange eine Plasmabehandlung hält

Trennmittel, Silikon oder andere Verunreinigungen

Etwas auf der Oberfläche verhindert den Kontakt: silikonhaltiges Trennmittel, Hautfett, Overspray aus der Luft, Kompressoröl oder Rückstände von Reinigungslösemitteln. Die Vorbehandlung aktiviert alles, was sich auf der Oberfläche befindet, daher kann ein verunreinigtes Teil einen Dyn-Test trotzdem bestehen.

Typische Anzeichen

  • Guter Dyn-Wert, schlechte Haftung
  • Stellenweises Versagen (eine fehlerhafte Behandlung betrifft eher ganze Teile oder Fertigungsläufe)
  • Fischaugen, Krater oder Zurückziehen der Flüssigkeit

So bestätigen Sie es

  • Versuch mit geteilter Charge: Teile ohne externes Trennmittel spritzen
  • FTIR-ATR oder XPS der versagten Oberfläche und von Wischproben
  • Die Druckluft des Werks auf ein sauberes weißes Tuch blasen

So beheben Sie es

  • Niemals Silikonsprays in einem Spritzgießbetrieb verwenden – sie gelangen an jede Maschine
  • Wasserlösliche Trennmittel bevorzugen; Wachs- und interne Trennmittel bei zu lackierenden Teilen vermeiden
  • Mit einem Lösemittel reinigen, das die Verunreinigung löst und das Teil nicht angreift – Alkohol entfernt oberflächlichen Schmutz, keine Kohlenwasserstoffe
  • Puderfreie Handschuhe; keine silikonhaltigen Handschuhe oder Verpackungen

Mehr dazu: Beschichtungsfehler an Formteilen · Klebverbindungsfehler

Additivmigration (Weichmacher, Gleitmittel, Ausblühen)

Additive im Kunststoff – Weichmacher, Gleit- und Antistatikmittel, Flammschutzmittel, interne Trennmittel – migrieren nach dem Spritzgießen an die Oberfläche und schwächen die Grenzfläche. Überproportional häufig bei verzögertem Versagen.

Typische Anzeichen

  • Anfangs bestanden, nach Tagen, Wochen oder Monaten versagt
  • Wachsartiger oder fettiger Film auf gealterten Teilen
  • Weich-PVC, TPE oder Folien- und Verschlusstypen mit Gleitadditiven

So bestätigen Sie es

  • Haftung an frischen und gealterten Teilen vergleichen
  • FTIR oder XPS der versagten Grenzfläche
  • Eine andere Charge oder Type als Kontrolle testen

So beheben Sie es

  • Type oder Additivpaket wechseln; interne Trennmittel vermeiden
  • Kurz nach dem Spritzgießen behandeln und kleben oder beschichten
  • Migrationsbeständigen Klebstoff oder einen Sperrprimer verwenden

Mehr dazu: Warum Lack und Tinte delaminieren · Kunststoffe für das Lackieren vorbereiten

Tinte, Beschichtung oder Klebstoff nicht für den Kunststoff geeignet

Auf einer sauberen, richtig behandelten Oberfläche haften manche Chemien dennoch nicht auf manchen Kunststoffen. Das Produkt wurde auf einem anderen Substrat oder für ein anderes Prozessfenster qualifiziert.

Typische Anzeichen

  • Saubere Ablösung trotz guter Dyn-Werte
  • Funktioniert auf einem Kunststoff oder einer Farbe, versagt auf einer anderen

So bestätigen Sie es

  • Vergleichsversuch mit einem Produkt, das für genau diese Type qualifiziert ist

So beheben Sie es

  • Eine für den Kunststoff qualifizierte Chemie wählen oder einen Primer bzw. Haftvermittler einsetzen

Mehr dazu: Kleben & Fügen · Ingenieurdienstleistungen

Unvollständige Aushärtung oder mangelhafte Applikation

Der Klebstoff oder die Beschichtung hat nie die volle Festigkeit entwickelt: falsches Mischungsverhältnis, zu wenig Zeit oder Wärme, zu geringe UV-Dosis oder zu viel aufgetragenes Material. Zu viel Klebstoff ist eine der Hauptursachen für Klebverbindungsfehler.

Typische Anzeichen

  • Klebstoff oder Beschichtung in sich gespalten (Kohäsionsbruch)
  • Weiches oder klebriges Material
  • Dicke oder ungleichmäßige Klebfugen

So bestätigen Sie es

  • Mischungsverhältnis, Aushärtezeit und -temperatur sowie UV-Dosis prüfen
  • Härte- oder Lösemittel-Reibtest des ausgehärteten Films

So beheben Sie es

  • Klebfugen dünn und gleichmäßig halten – typischerweise 3-5 mil (ca. 75-125 µm) für maximale Scherfestigkeit
  • Zweikomponenten-Epoxide benötigen ohne Wärmebeschleunigung etwa 7 Tage bei 75°F (24°C) bis zur vollständigen Aushärtung
  • Vordosierte Kartuschen vermeiden Mischfehler

Mehr dazu: Kleben & Fügen

Eigenspannungen aus dem Spritzguss und Lösemittelangriff

Lösemittel oder Monomere im Klebstoff, in der Tinte, Beschichtung oder im Reiniger greifen einen unter Spannung stehenden amorphen Kunststoff an – Polycarbonat, Acryl, Polystyrol, ABS – und lassen ihn an der Klebfuge reißen, manchmal erst Stunden später.

Typische Anzeichen

  • Haarrisse oder Risse nahe der Klebung oder des Drucks
  • Amorphe Kunststoffe: PC, PMMA, PS, ABS
  • Versagen konzentriert sich auf hochbelastete Bereiche

So bestätigen Sie es

  • Lösemittel-Spannungs-Tauchtest (Eisessig bei ABS)
  • Eine Reihe von Teilen unterhalb der Wärmeformbeständigkeitstemperatur tempern und vergleichen

So beheben Sie es

  • Eine mit dem Kunststoff verträgliche Chemie wählen
  • Eigenspannungen durch Spritzgießbedingungen oder Tempern reduzieren

Mehr dazu: Umgebungsbedingte Spannungsrissbildung

Fügestellengestaltung und thermische Spannungen

Kohäsionsbrüche im Feld werden typischerweise durch eine schlechte Fügestellengestaltung verursacht: zu geringe Überlappung, Schäl- oder Spaltbelastung oder Kunststoffe, die mit Metall oder Glas verklebt sind, die sich bei Temperaturänderungen sehr unterschiedlich ausdehnen.

Typische Anzeichen

  • Versagen nach Temperaturwechseln
  • Beginnt an Kanten oder Ecken
  • Kunststoff mit Metall oder Glas verklebt

So bestätigen Sie es

  • Temperaturwechseltest der Baugruppe
  • Die Wärmeausdehnung beider Werkstoffe mit der Dehnung des Klebstoffs vergleichen

So beheben Sie es

  • Fügestelle auf Scherung statt Schälung auslegen; Überlappung vergrößern
  • Einen zäheren, flexibleren Klebstoff verwenden und die Klebfugendicke kontrollieren

Mehr dazu: Kleben & Fügen

Schwache Grenzschicht in der Kunststoffhaut

Die Klebung ist stärker als die äußere Haut des Bauteils. Beim Spritzgießen geschädigtes Material, eine ausgeblühte Additivschicht, eine harzarme oder glasige Haut oder ein durch überschüssiges Lösemittel verursachter Schleier reißt mit dem Klebstoff ab.

Typische Anzeichen

  • Eine Kunststoffhaut auf der Klebstoff- oder Beschichtungsseite
  • Gefüllte Typen oder hoher Mahlgutanteil
  • Gute Dyn-Werte, geringe Schälfestigkeit

So bestätigen Sie es

  • FTIR der versagten Klebstoffseite
  • Eine Charge aus Neuware als Kontrolle testen
  • Massetemperatur und Verweilzeit überprüfen

So beheben Sie es

  • Spritzgießbedingungen korrigieren; Mahlgutanteil begrenzen
  • Eine harte, glasige Spritzhaut durch Gleitschleifen oder Strahlen aufbrechen
  • Nur so viel Reinigungslösemittel wie nötig verwenden

Mehr dazu: Warum Lack und Tinte delaminieren

Überbehandlung

Jenseits des Optimums zerlegt die Behandlung die Polymeroberfläche in eine schwach gebundene Schicht, die unter Last versagt. Mehr Behandlung ist nicht besser.

Typische Anzeichen

  • Hoher Dyn-Wert, schwache oder pulvrige Oberfläche
  • Nadellöcher; Versagen knapp unter der Kunststoffoberfläche
  • Nachgelagertes Heißsiegeln oder Schweißen beeinträchtigt

So bestätigen Sie es

  • Behandlungsstufen-Versuch: Haftung bei mehreren Behandlungsstufen prüfen

So beheben Sie es

  • Korona-Leistungsdichte bzw. Flamm- und Plasmadosis reduzieren
  • Bei Kaltgasplasma zuerst die Zeit reduzieren, dann die Leistung
  • Eine obere wie auch eine untere Behandlungsgrenze festlegen

Mehr dazu: Oberflächenvorbehandlung

Feuchtigkeit im Kunststoff

Hygroskopische Kunststoffe – Nylon, Polycarbonat, ABS – nehmen Wasser auf. Beim Erwärmen während der Aushärtung geben sie es als Blasen und Blister in die Klebfuge oder Beschichtung ab. Nylon kann mehr als 3 % seines Gewichts aufnehmen.

Typische Anzeichen

  • Blasen, Lunker oder Blister nach einer Warmaushärtung
  • Teile aus Nylon, PC oder ABS
  • Schlimmer in feuchten Jahreszeiten

So bestätigen Sie es

  • Eine Teilprobe trocknen und vergleichen

So beheben Sie es

  • Kurz nach dem Spritzgießen kleben oder beschichten
  • Teile versiegelt mit Trockenmittel lagern; vor der Verarbeitung trocknen

Mehr dazu: Nylon kleben

Umwelteinflüsse (Feuchte, Chemikalien, UV)

Die Verbindung war in Ordnung, bis sie Wärme und Feuchte, Reinigern, Kraftstoffen, Schweiß oder Sonnenlicht ausgesetzt war. Eine Klebung, die am Tag ihrer Herstellung besteht, kann Monate später durch hydrolytischen Angriff an der Grenzfläche versagen.

Typische Anzeichen

  • Trockenprüfung bestanden, nach Belastung versagt
  • Erweichter, gequollener oder verfärbter Klebstoff bzw. Beschichtung

So bestätigen Sie es

  • Beschleunigte Alterung – zum Beispiel 5 Tage bei 158°F (70°C) trocken und 5 Tage bei 90°F (32°C) / 90 % r. F. gegenüber einer Kontrollprobe bei Raumklima, anschließend Schäl- oder Klebebandprüfung

So beheben Sie es

  • Einen für die Belastung ausgelegten Klebstoff bzw. eine geeignete Beschichtung wählen
  • Jede Sofort-Haftprüfung in der Spezifikation mit einer Prüfung nach Alterung kombinieren

Mehr dazu: Beschleunigte Alterung · Klebebandtest nach ASTM D3359

Die Klebung hat gehalten – das Bauteil ist gebrochen

Wenn der Kunststoff selbst bricht und die Klebung intakt bleibt, ist die Klebung stärker als das Material: Substratbruch ist das optimale Ergebnis eines Klebprozesses. Ist das Teil bei zu geringer Last gebrochen, liegt das Problem beim Bauteil, nicht bei der Haftung.

Typische Anzeichen

  • Der Kunststoff ist abseits der Klebfuge gebrochen
  • Klebstoff an beiden Teilen intakt

So bestätigen Sie es

  • Die Bruchlast mit der Konstruktionsanforderung vergleichen

So beheben Sie es

  • Das Bauteil verstärken: Geometrie, Type oder Spritzgießbedingungen

Mehr dazu: Klebverbindungsfehler

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Adhäsions-, Kohäsions- und Substratbruch?

Beim Adhäsionsbruch (Grenzflächenversagen) löst sich der Klebstoff sauber und verbleibt nur auf einer Oberfläche – meist ein Problem der Oberflächenenergie, einer Verunreinigung oder einer Migration. Beim Kohäsionsbruch bricht der Klebstoff in sich und verbleibt auf beiden Oberflächen – prüfen Sie Aushärtung, Applikation und Fügestellengestaltung. Beim Substratbruch bricht der Kunststoff statt der Klebung, was der optimalen Klebfestigkeit entspricht. Ein Mischbruch zeigt Merkmale sowohl des Adhäsions- als auch des Kohäsionsbruchs.

Was ist die häufigste Ursache für das Versagen von Lack oder Klebstoff auf Kunststoffen?

Mit großem Abstand eine unzureichende oder abgeklungene Oberflächenbehandlung. An zweiter Stelle stehen Verunreinigungen durch Trennmittel und Silikon, an dritter die Additivmigration – Letztere ist bei Ausfällen, die erst Wochen nach der Produktion auftreten, überproportional häufig.

Warum haftet Klebstoff nicht auf Polypropylen?

Polypropylen hat eine niedrige Oberflächenenergie – etwa 29-31 dyn/cm – und keine polaren Gruppen, daher können die meisten Klebstoffe es nicht benetzen. Beflammung, Korona- oder Plasmabehandlung heben die Oberflächenenergie in den Bereich von 38-44 dyn/cm und bringen polare Gruppen ein, an die der Klebstoff binden kann.

Der Dyn-Wert ist gut, aber die Klebung versagt trotzdem. Warum?

Fast immer wegen einer Verunreinigung. Die Vorbehandlung aktiviert alles, was sich auf der Oberfläche befindet, und eine Testtinte zeigt eine aktivierte Verunreinigung ohne Weiteres als guten Wert an. Eine stärkere Behandlung hilft nicht; verfolgen Sie die Verunreinigung – silikonhaltiges Trennmittel, Öle, Overspray, Druckluft – bis zu ihrer Quelle.

Verbessert Abwischen mit Isopropylalkohol die Haftung?

Nur wenig. Alkohol ist ein schwaches Lösemittel: Er entfernt oberflächlichen Schmutz, aber keine Kohlenwasserstoff-Verunreinigungen, und er erhöht nicht die Oberflächenenergie eines Kunststoffs mit niedriger Oberflächenenergie. Verwenden Sie ein Lösemittel, das die tatsächliche Verunreinigung löst, ohne das Teil anzugreifen, und behandeln Sie Kunststoffe mit niedriger Oberflächenenergie vor.

Sie brauchen die Grundursache, nicht nur eine Auswahlliste?

Sabreen untersucht Haftungsversagen an Kunststoffteilen – Oberflächenanalyse, Prozessaudit und ein Korrekturplan. Schildern Sie uns, was versagt hat und wie.

Sprechen Sie mit Scott Sabreen
Scott Sabreen

Scott Sabreen
Präsident & Chefingenieur
Über 30 Jahre Erfahrung

Beschreiben Sie Ihr Problem in zwei Sätzen. Scott Sabreen antwortet persönlich, in der Regel innerhalb eines Werktags.

Übermittlung erfolgreich!

Vielen Dank. Scott hat Ihre Nachricht erhalten und antwortet per E-Mail, in der Regel innerhalb eines Werktags.

Wir haben Ihre Anfrage erhalten

Wir haben Ihre Anfrage erhalten und melden uns in Kürze.

🌐 Deutsch ▴