ROBUST: Verfahren zur ressourcenschonenden Oberflächenvorbehandlung von FVK-Bauteilen mittels energiereicher Strahlung

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Beim Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) muss für einen optimalen Klebeprozess die Oberfläche von Produktionsrückständen, wie beispielsweise Trenn- oder Schmiermittel, gereinigt und aktiviert werden. Die gängigen Verfahren wie Einschleifen oder Lösungsmittelbäder führen zu Emissionen von leichtflüchtigen organischen Verbindungen (VOC) und erhöhten Entsorgungs- und Energiekosten.

In diesem Projekt wurde ein ressourcenschonendes Vakuum-Ultra-Violett-(VUV)-Verfahren für die Vorbehandlung der Oberfläche entwickelt. Damit können auch komplex geformte Bauteile problemlos behandelt werden.

Bei Carbonfaser-Verbundwerkstoff-(CFK)-Oberflächen und Polypropylen-Glasfaserverstärkten-(PPGF)-Oberflächen wurde mit steigender VUV-Strahlungsdosis eine Verringerung des Wasserkontaktwinkels beobachtet. Bei weiterer Analytik (XPS-Untersuchungen / IR-Spektroskopie) dieser Oberflächen zeigte sich, dass mit steigender VUV-Bestrahlungsdosis das organisch gebundene Silizium allmählich ein SiOx-Netzwerk (glasähnliche Schichten) ausbildet. Zusätzlich bilden sich viele sauerstofffunktionelle Gruppen auf der Trennmittel-Oberfläche und der PPGF-Oberfläche (Hydroxy-, Carbonyl-, Carboxyl-, etc.) und stehen dem Klebstoff als mögliche Angriffspunkte zur Verfügung. Aus einer Trennschicht wurde so durch die VUV-Modifikation eine Haftvermittlerschicht. Klebuntersuchungen zeigten schon nach relativ geringen VUV-Strahlungsdosen eine Steigerung der Zugscherfestigkeit der Klebverbunde mit überwiegendem Fügeteilbruch oder kohäsivem Versagen des Klebstoffs.

Die VUV-Vorbehandlung könnte problemlos in die Fertigungslinie für die im Projekt betrachteten Beispielbauteile (CFK-Duocoque – Automotivebereich) und (PPGF-Instrumententafel – Automotivebereich) integriert werden.

 

Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 12/2014 bis 03/2017 an der Frauenhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM - Klebtechnik und Oberflächen unter der Leitung von Dr. Christopher Dölle (Leiter der Forschungsstelle Prof. Dr. Matthias Busse). 

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