KlebLaser II
Förderkennzeichen: MF 160080
Projektlaufzeit: 01.11.2016 bis 31.10.2018
Steigerung der Beständigkeit von Klebverbindungen mit Kunststoffen und faserverstärkten Kunststoffen durch laserstrukturierte und/oder laserbehandelte Oberflächen
Die stetig steigende Forderung nach Gewichtseinsparung und Energieeffizienz macht weitere Forschungen auf diesem Gebiet erforderlich. Die Fügetechnologie Kleben bietet die Möglichkeit, komplexe Kunststoffbauteile in Systeme zu integrieren und somit die Vorteile der verschiedenen Werkstoffe zu nutzen. Reproduzierbares Kleben ist jedoch nur möglich, wenn es gelingt, die Oberflächen der Fügepartner auch reproduzierbar zu gestalten. Die Oberflächen von Kunststoffen und faserverstärkten Kunststoffen sind eine Herausforderung, da sie in Abhängigkeit des Herstellungsverfahrens und/oder ihrer eigenen Zusammensetzung adhäsionsverhindernde Komponenten in ihren oberflächennahen Schichten enthalten können.
Zielstellung
Ziel des Projektes war die Steigerung der Beständigkeit von geklebten Kunststoffverbindungen durch Laserstrukturierung, Laserbehandlung oder alternativer Vorbehandlungsmethoden. Dazu wurden auf Basis von Gesprächen mit Industriepartnern verschiedene Materialkombinationen untersucht. Im Vordergrund der Untersuchungen lag die Qualifizierung und Optimierung der verschiedenen Klebverbindungen für den Leichtbau und andere Anwendungen.
Dabei wurden für jeden Kunststoff neben der Laservorbehandlung auch andere Vorbehandlungen untersucht, um die für die jeweilige Fügeverbindung besten Voraussetzungen zu schaffen. Es wurden zahlreiche Klebverbindungen hergestellt, die unter anwendungsnahen Bedingungen belastet und anschließend vergleichend geprüft wurden.
Zum Ende des Projektzeitraumes wurden gemeinsam mit Industriepartnern Funktionsmuster definiert, an denen der Nachweis der Verbesserung unter realen Einsatzbedingungen erbracht werden sollte.
Ergebnisse
Eine Verbesserung der Verklebungen hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit, Temperatur- und Alterungsbeständigkeit und/oder Medienbeständigkeit konnte an verschiedenen Kombinationen aus Kunststoffen und faserverstärkten Kunststoffen mit sich selbst oder mit Aluminium nachgewiesen werden. Die Ergebnisse dieser Prüfungen bewiesen das hohe Potential der Kunststoffvorbehandlung.
Die Laservorbehandlung hat sich als besonders effektiv bei höherwertigen und höher temperaturstabilen faserverstärkten Kunststoffen erwiesen.
Basierend auf den Untersuchungsergebnissen wurden gemeinsam mit Industriepartnern zwei Funktionsmuster ausgewählt und hergestellt. Eine abschließende Bewertung der Prüfung unter realen Bedingungen steht noch aus.
Gegenüber dem Stand der Technik bei Projektbeginn liegt zum Ende des Vorhabens ein neuer besserer Kenntnisstand im Bereich der Laservorbehandlung auf Kunststoffen als Vorbehandlungsmethode vor dem Kleben vor. Auf dessen Basis können neue technologische Anwendungen in der Industrie gezielt erarbeitet werden.
Die im Projekt durchgeführten Untersuchungen eröffnen der Kombination aus Fügetechnologie Kleben und Laservorbehandlung aber auch anderen Vorbehandlungsverfahren weitere Einsatzmöglichkeiten, nicht zuletzt auch da, wo hybride Verbindungen aus unterschiedlichen Werkstoffen die Möglichkeit schaffen, neue Eigenschaften zu generieren und große Beiträge zu Gewichtseinsparung und Energieeffizienz zu leisten.