Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

FiberKleb - Einsatz von optischen Polymerfasern zur Härtung strahlungshärtender Klebstoff durch radikalische Polymerisation unter Verwendung von strahlungsintransparenten Substraten

Ein wesentliches Defizit der Klebtechnik sind die langen Aushärtezeiten der Klebstoffe. Lediglich UV-härtende Klebstoffe ermöglichen eine vollständige Aushärtung innerhalb von Sekunden. Aufwändige Fixier- und Haltevorrichtungen bis zum Erreichen der Handlingfestigkeit sind nicht notwendig. Der Einsatz von UV-Klebstoffen an intransparenten Fügeteilen ist nach aktuellem Stand der Technik nicht möglich. Die Vorteile von UV-Klebstoffen, wie die Aushärtung innerhalb weniger Sekunden auf „Knopfdruck“, die einfache Dosierung durch nur eine zu verarbeitende Klebstoffkomponente und die unendliche Offenzeit können bislang bei UV-Licht intransparenten Fügeteilen nicht genutzt werden. Den Forschungseinrichtungen ist es durch den Einsatz optischer Polymerfasern (POF) gelungen, UV-Klebstoffe zwischen UV-Licht intransparenten Fügeteilen auszuhärten. Dabei wird eine POF in die Klebfuge eingelegt, über die UV-Licht radial oder axial zur Aushärtung des Klebstoffes in der Klebfuge ausgekoppelt wird. Dadurch, dass die POF aus einem Polymer besteht, kann eine gezielte Anpassung der mechanischen Eigenschaften der POF auf die Klebfuge erfolgen, anders als z. B. bei der Verwendung von Glasfasern. Der Einfluss der POF auf den Klebverbund kann so minimiert oder ggfs. sogar eliminiert werden.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die FiberKleb-Technologie weiterzuentwickeln und ein grundlegendes Verständnis für die Auswirkungen von POF in einer Klebfuge zu erarbeiten. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens sollen als übergreifendes Ziel Akzeptanzbeschränkungen gegenüber der Klebtechnik aufgrund der langen Aushärtezeiten ausräumen und so neue Anwendungsfelder erschließen.

KMU aus dem Bereich der Systemintegratoren aus UV-Lichttechnik, des Sonderanlagenmaschinenbaus und der anwendenden Industrie profitieren von den Projektergebnissen. Dazu gehören sowohl Ingenieurbüros und Dienstleistungsunternehmen als auch grundsätzlich alle Unternehmen, welche die Fügetechnologie Kleben anwenden.

Ergebniszusammenfassung:

Die Produktgruppe der strahlungshärtenden Klebstoffe ermöglicht eine vollständige Aushärtung des Klebstoffs innerhalb von Sekunden. Allerdings ist für den Einsatz solcher Klebstoffe ein UV-Licht transparentes Fügeteil notwendig. Dieses Defizit wird im Projekt FiberKleb adressiert und dazu ein Fügeprozess entwickelt, bei dem eine optische Polymerfaser (POF) als Lichtleiter in die Klebung integriert wird.

Für die Umsetzung des Fügekonzepts ist eine radiale Lichtauskopplung der Polymerfasern erforderlich. Dazu wurden unterschiedliche mechanische, thermische und chemische Methoden zur Seitenlichtaktivierung von POF untersucht und die resultierende Intensität und Homogenität der radial emittierten Strahlung ermittelt. In den Untersuchungen ist ein Zielkonflikt zwischen der erforderlichen Lichtleistung für eine vollständige Aushärtung des UV-Klebstoffes und der jeweils anwendungsbezogenen Anforderungen nach dünnen Klebschichten (< 1,0 mm) identifiziert worden. Als vielversprechender Lösungsansatz sind polymeroptische Fasergewebe als Lichtleiter untersucht worden. Diese optischen Gewebe sind am Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University hergestellt und am Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik der RWTH Aachen University in Klebverbindungen integriert worden. Der Fügespalt des Verbunds aus Klebstoff und Gewebe konnte auf < 0,5 mm reduziert und Zugscherfestigkeiten bis zu 14,35 MPa erzielt werden.

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens räumen als übergreifendes Ziel Akzeptanzbeschränkungen gegenüber der Klebtechnik aufgrund der langen Aushärtezeiten aus. Hierdurch können neue Anwendungsfelder branchenübergreifend erschlossen werden, zum Beispiel in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Elektrotechnik-, Medizintechnik-, Bau- und Be-schichtungs-, Rohrleitungs- und Behälterbau-, Windenergie-, Home – und Living-, Sportartikel- und Konsumgüterindustrie, das heißt im Allgemeinen überall da, wo geklebt wird.