Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Kombination von flexiblen Trennfolien und vorbeschichtbaren Klebstoffen für das vorbehandlungsfreie Kleben von faserverstärkten Kunsstoffen

Ziel des beantragten Vorhabens ist es, durch den Einsatz einer flexiblen Trennfolie (FlexPLAS) schon während der Herstellung eines FVK-Bauteils dessen Oberfläche klebfreundlich zu versiegeln. Nach der (partiellen) Entfernung der Trennfolie an den zu klebenden Stellen wird anschließend ein klebfrei vorbeschichtbarer Konstruktivklebstoff (Pre-Applicable Structural Adhesive PASA) appliziert, der dann die Oberfläche des FVK ebenfalls versiegelt. Bei dem PASA-Klebstoff handelt es sich um ein latent reaktives System, das durch einfaches Erwärmen beim Endverarbeiter zur Reaktion gebracht werden kann. Durch die Kombination beider Techniken entfällt bei den FVK-verarbeitenden Betrieben, häufig kmU, somit sowohl die Oberflächenreinigung und -vorbehandlung als auch die Klebstoffapplikation, was zu einem stark vereinfachten, qualitativ hochwertigen Prozess führt. Durch dieses Verfahren wird daher die Akzeptanz der Klebtechnik beim Fügen von FVK gerade bei kmU wesentlich gefördert. Mit folgenden Forschungsansätzen soll das Projektziel erreicht werden:

1. Entwicklung einer flexiblen Trennfolie für vorbehandlungsfreie Klebungen:

Insbesondere sollen hierbei die Release-Eigenschaften in Abhängigkeit der Chemie der Trennschicht und des Matrixharzes sowie die Kompatibilität zwischen Harzen, Folien und Beschichtung untersucht werden. Parallel wird versucht, mikrostrukturierte Oberflächen mit Hilfe der flexiblen Trennfolien zu erzeugen.

2. Entwicklung eines schnellhärtenden PASA-Klebstoffs mit verbesserter Latenz:

Ausgehend von den am IFAM vorliegenden Erfahrungen mit vorbeschichtbaren Klebstoffen auf Basis von Hotmelts und Dispersionen wird versucht, diese Klebstoffe für die beschriebene Anwendung weiterzuentwickeln. Hierzu gehören eine Verbesserung der Latenz und eine applikationsfreundliche Viskosität während der Aushärtung.

3. Entwicklung eines automatisierbaren Prozesses zur Fertigung geklebter faserverstärkter Bauteile:

Optimierung der Fertigungs- bzw. Klebprozesse in Hinblick auf optimale und dauerhafte Klebeigenschaften.

Ergebniszusammenfassung:

Im Folgenden sind die im Rahmen des Projektes erzielten Ergebnisse beschrieben und zusammengefasst:

Durch ein ND-Plasmaverfahren gelang es, tiefziehfähige TPE-Folien mit adhäsionsinhibierenden Schichten zu modifizieren. Diese Folien ersetzen flüssige Trennmittel während des Herstellprozesses von FVK und haften nach dem Entformen auf den Bauteilen, um diese vor Verschmutzungen zu schützen. Die verwendeten Trennfolien zeigen dabei einen äußerst geringen Übertrag an adhäsionsinhibierenden Materialien (siliziumhaltige Verbindungen, z.B. Siloxane) auf die FVK-Oberflächen. Da das Abziehen der Trennfolien vor der Weiterverarbeitung der FVK-Bauteile händisch erfolgt, galt es sicherzustellen, dass der Winkel und die Geschwindigkeit des Folienabzugs keinen Einfluss auf den Übertrag antiadhäsiver Substanzen auf die Oberflächen haben. Dieser Nachweis konnte erbracht werden. Eine Beschleunigung des Plasmaprozesses in der Vakuumkammer von 4 m/min auf 32 m/min zeigte ebenfalls keine Verringerung der erreichbaren Peel-Festigkeiten, die mit der Klebfreundlichkeit der Oberflächen korreliert. Der Herstellungsprozess der Trennfolien konnte durch diese Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit noch wirtschaftlicher gestaltet werden.

Bei den klebfrei vorbeschichtbaren Klebstoffen, die analog zu den Trennfolien die Oberflächen vor Kontaminationen schützen und darüber hinaus als latent reaktive Klebstoffe die im FlexPASA-Prozess hergestellten Bauteile durch Erhitzen auf ca. 130°C fügen können, handelt es sich um Dispersionen auf Basis von Polyurethanen, die mit Epoxid- und Phenoxy-Dispersionen additiviert wurden, was zu einer deutlichen Erhöhung der Glastemperaturen und der Klebfestigkeiten der PUR-Dispersionen führt. Die erzielten Schälfestigkeiten nach DIN EN 2243-2 bei Aluminium-CFK-Verbunden liegen mit über 300 N/25 mm auf sehr hohem Niveau.