04.02.2022

Flammen steigern Stabilität

Neue Methoden für das Verkleben von Karbonfaser-Werkstoffen.

Im Rahmen einer Studie haben Forschende von Innovent den Einfluss von diversen plasma- oder flamm­basierten Vorbehandlungs­methoden für die Verklebung von carbonfaser­verstärkten Epoxid­kunststoffen (CFK) untersucht. Steigerungen in der Verbund­festigkeit verklebter und nachträglich künstlich gealterter CFK-Bauteile von bis zu 45 Prozent wurden dabei beobachtet. Dabei wurden ausschließlich Kohäsions­brüche im Klebstoff beobachtet. Die Vorbe­handlungen sorgten zudem für eine verbesserte Gleich­mäßigkeit der Klebung. Eine Korrelation zwischen erhöhter Oberflächen­energie und verbesserter Haftung ist nicht gegeben. Andererseits zeigte sich, dass die Zugscher­festigkeiten mit dem Sauerstoff­anteil in der vorbe­handelten CFK-Oberfläche in direktem Zusammenhang stehen.

Abb.: Kohäsives und adhäsives Bruchversagen von CFK-Werkstoffen. (Bild:...
Abb.: Kohäsives und adhäsives Bruchversagen von CFK-Werkstoffen. (Bild: Innovent)

Mit Blick auf Konstruktions­werkstoffe nehmen Leichtbau­materialien einen gewichtigen Stellenwert ein. Einerseits stehen vor dem Hintergrund nachhaltigen Wirtschaftens Fragen der Gewichts­verringerung von Anlagen und Maschinen und deren Komponenten im Fokus aktueller Arbeiten. Ziele, die dabei verfolgt werden, sind etwa die Senkung des Energie­verbrauchs bei der Herstellung der Anlagen und Maschinen, die Reduzierung der Masse beweglicher Bauteile und die Reduzierung von Transport­kosten und Abgasen. So werden gegenüber dem herkömmlichen Stahlkonstruktionsbau Gewichts-Einspar­potenziale in Abhängigkeit der eingesetzten Werkstoffe zwischen zehn bis vierzig Prozent benannt. Gegenüber Aluminium bieten CFK-Materialien nochmals ein Potenzial von bis zu sechzig Prozent. Zudem erfordern alter­native Transport­konzepte neue Entwicklungen im Bereich der Material­entwicklung.

Hier sind faser­verstärkte Kunststoffe ebenso von großem Interesse. Die Bedeutung der faserverstärkten Kunststoffe wird in den kommenden Jahren angesichts drängender Themen wie Klimawandel und Energie­politik mit Sicherheit weiter ansteigen. Bei der Konstruktion und speziell beim Fügen von faser­verstärkten Kunststoffen führt derzeit kein Weg an Klebe­technologien vorbei. Für entsprechend stabile Klebungen sind dabei Vorbe­handlungen wie der Einsatz geeigneter Chemikalien, ein mechanisches Aufrauen oder die Verwendung von Abreißg­eweben erforderlich. Insbesondere die beiden letztgenannten Verfahren können dabei zu einer Schädigung der Faser-Matrix-Struktur führen, der Einsatz der zumeist umwelt­gefährdenden Chemikalien ist ebenso proble­matisch. Insofern stellen alternative, trockene, gasphasen­basierte Vorbehandlungs­methoden wie der Einsatz atmo­sphärischer Plasmen oder die Verwendung diverser Beflammungs­techniken sinnvolle Alternativen dar.

Innovent Jena / JOL

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