Jens Holtmannspötter

Atmospheric-pressure plasma treatment of polyamide 6 composites for bonding with polyurethane

An atmospheric-pressure plasma jet (APPJ)-based surface treatment process was investigated for the structural (τB > 15 MPa) adhesive bonding of polyamide 6 (PA6) composites. The treated surfaces were examined by contact angle measurement, X-ray photoelectron spectroscopy, and atomic force microscopy (AFM). Additionally, the shear strengths of single lap specimens were determined as a function of different plasma intensities and polyurethane adhesives. Our results show that APPJ leads to an increase of the surface free energy, oxygen concentration, and number of functional groups. Furthermore, the topography of the surface was significantly modified by exposure to APPJ. AFM measurements show that special attention has to be paid to the intensity of the plasma treatment to avoid melting and flattening of the PA6 surface on the nanometer scale. With optimized multiple APPJ treatments, lap shear strength of 20 MPa was achieved for the first time for this material system, allowing the material system to be employed in future automobile applications.

Qualitätssicherung und Prüfverfahren

Moderne Industrie-Klebstoffe sind vielfach Hightech-Produkte, deren fachgerechter Einsatz eine Null-Fehler-Produktion im Betrieb ermoglicht. Versagen trotzdem Klebungen, ist dieses Verhalten in der Regel auf Anwendungsfehler zuruckzufuhren. Neuerdings regelt die DIN 2304-1 die organisatorische Qualitatssicherung und sorgt damit fur die Beherrschung von Klebprozessen.

Transportwesen und allgemeine Industrieanwendungen

Im Automobilbau werden komplette CFK-Strukturen im Rahmen einer Serienfertigung ohne Einsatz zusatzlicher mechanischer Fugelemente geklebt. Die Herausforderungen an die Klebstoffsysteme variieren hierbei aufgrund der verschiedenen Anforderungsprofile, vor allem in Hinblick auf die Klebstoffeigenschaften und ihren Verarbeitungsprozess.

Hochviskose 2K-Klebstoffe perfekt gemischt

Durch den zunehmenden Einsatz der Klebtechnik in der Großserienfertigung wachsen auch die Anforderungen an die Klebstoffapplikation. Von Klebstoffen werden rheologische Eigenschaften gefordert, die herkömmliche Mischtechniken an ihre technische und wirtschaftliche Leistungsgrenze bringen. Um schwierig zu verarbeitende Mehrkomponenten-Systeme zuverlässig und in hoher Qualität zu mischen, empfiehlt sich der Einsatz einer auf Leistungsultraschall basierenden Mischtechnik.

Schnelle und zuverlässige Reparatur

Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe gewinnen bei der Umsetzung von Leichtbaukonzepten zunehmend an Bedeutung. Ihre hohen Festigkeiten bei niedrigem Gewicht, ihr gutes Ermüdungsverhalten und ihre Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen (Korrosion) haben dazu geführt, dass der Anteil der Faserverbundkunststoffe (FVK) an der Strukturmasse von Luftfahrzeugen deutlich steigt. Nach einer Reihe von erfolgreichen Konstruktionen in der Militärluftfahrt sind mit der Boeing 787 und dem Airbus 350 erstmals auch zwei zivile Luftfahrzeuge auf dem Markt, die zum überwiegenden Teil aus den neuen Werkstoffen bestehen. Dabei wird die Klebtechnik beim Bau der Luftfahrzeuge noch zurückhaltend eingesetzt. Hauptsächlich werden die seit Jahrzehnten bewährten Nietverbindungen zum Fügen großer Teilstrukturen eingesetzt, deren Qualität sich sehr gut mit zerstörungsfreien Verfahren überprüfen lässt. Das Kleben kommt im tragenden Bereich vorwiegend nur für Verklebungen nass in nass (Co-Curing) oder nass in hart (Co-Bonding) zum Einsatz. Werkstoffgerecht reparieren bedeutet kleben Im Betrieb von Leichtbaustrukturen aus FVK kommt es zwangsläufig zu Beschädigungen. In der Luftfahrt sind es Überlasten, Materialermüdung, Blitzund Vogelschläge und insbesondere Kollisionen jeglicher Art am Boden, die Reparaturen erforderlich machen. Durch die integralen Bauweisen ist ein Austausch von Teilstrukturen oftmals unmöglich oder unwirtschaftlich. Angestrebt wird eine Reparatur am Luftfahrzeug, die in kurzer Zeit die strukturelle Integrität dauerhaft wiederherstellt und mit geringem Gewichtszuwachs einhergeht. Mechanische Fügeverfahren werden seit Jahrzehnten zum Aufdoppeln (Patchen) von Material auf den Schadstellen metallischer Strukturen verwendet. Allerdings ist diese Art von Reparatur oft nicht von langer Haltbarkeit. Durch Spannungsspitzen in den Nietbohrungen und Unstetigkeiten durch abrupte Steifigkeitsänderungen entstehen im Betrieb neue Risse um die Reparaturstelle herum. Auch für FVK stellt das zeitintensive Nieten keine ideale Fügetechnik dar. In den Nietbohrungen werden die Fasern getrennt und im Betrieb entsteht durch Lochlaibung und die weiche Matrix ein Spiel, welches die Dauerfestigkeit entscheidend herabsetzt. Darüber hinaus weichen derart aufgedoppelte Reparaturen von der Ausgangsgeometrie ab, d.h. die Reparatur ist sichtbar und kann die Funktion (z.B. Aerodynamik) beeinträchtigen. Geschäftete (s. Infokasten) und geklebte Reparaturen bieten für FVK hier