Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Plasmagestütztes Fügen von Sandwichelementen im Leichtbau (PLASCOIL)

Sandwichelemente stellen die wichtigste Komponente des modernen Leichtbaus dar. Sie finden ihre Anwendung am Bau, in Fahrzeugen u.a.m. Ihre Fertigung aus Coil und Kernschicht erfolgt hochrationell, wobei das Fügen zeitgleich mit dem Verschäumen und Vernetzen des Polymers stattfindet. Innovationen bringen neue Funktionalitäten z. B. als Photovoltaikelement, Solarstromspeicher, RLT-Träger, hochdämmende Barriere, schaltbare Wärmeleiter oder frei formbare 3D-Module hervor. Hinzu kommen der Einsatz neuer Hilfsmittel und die Nutzung nachwachsender Rohstoffe. Folgeprobleme erwachsen aus der erhöhten statischen und dynamischen Beanspruchung. Eines der gefährlichsten Phänomene dieser Art stellt der sogenannte "Blistereffekt" dar, d. h. die großflächige Delaminierung von Kern und Deck-schicht an Sandwichelementen.

Ziele des Vorhabens sind Ursachenforschung, Versagenswahrscheinlichkeit und darauf aufbauende Gegenmaßnahmen. Zur Aufklärung des Werkstoffversagens werden mechanische (statisch, dynamisch, Klimawechsel), physikalische (Grenzflächenphysik, Aktivthermographie, REM, DMA) und chemische (GC-MS, ATR) Methoden angewandt. Die Ergebnisse sollen zu neuen Fertigungstechniken führen, deren Schwerpunkt eine optimale Adhäsion des Sandwichverbunds bildet. Dazu werden bevorzugt Verfahren der Oberflächenmodifizierung mittels Plasma, Korona, Beflammung und Fluorierung in Kombination mit anderen Hilfsmitteln erforscht und so Verfahren, Produkt und QM entscheidend verbessert werden.

Die Verarbeitung von Coils im Leichtbau treibt einen Wirtschaftssektor an, der zu 60 % von mittelständischen Unternehmen geprägt ist. Er besitzt zentrale Bedeutung für eine hohe Energieeffizienz und den Klimaschutz mobiler und immobiler Güter.

Das Vorhaben soll durch branchenübergreifenden Know-how positive Impulse auf den Leichtbau der Bauindustrie, dem Fahrzeugbau, der Verpackungsindustrie und dem Consumerbereich ausüben.

Ergebniszusammenfassung:

Sandwichelemente stellen wichtige Komponenten des modernen Leichtbaus dar, die am Bau, in Fahrzeugen und im Consumer-Bereich Einsatz finden. Sie bestehen typischerweise aus zwei metallischen Deckblechen, die durch einen geschäumten Kern aus PUR/PIR-Hartschaum schubfest verbunden sind. Sandwichelemente besitzen zentrale Bedeutung für eine hohe Energieeffizienz sowie den Klimaschutz. Ihre Weiterentwicklung befördern neue Funktionalitäten und die Nutzung nachwachsender Rohstoffe. Die damit verbundene höhere Streuung von Qualitätsparametern und die stärkere statische und dynamische Beanspruchung bergen aber auch Risiken. Ein Spezialproblem stellt der sogenannte "Blistereffekt" dar, d. h. die großflächige Delaminierung von Kern und Deckschicht an Sandwichmodulen. Das Projekt deckte Ursachen des Blisterings auf und entwickelte Gegenmaßnahmen. Dazu wurden mechanische, physikalische und chemische Methoden angewandt. Als Lösungsweg wurde die Verbesserung der Adhäsion an der Grenzfläche zwischen Tragschicht und Kern von Sandwichelementen entwickelt. Dazu wurde die Oberflächenmodifizierung von Coils mittels atmosphärischen Plasmas experimentell und in der industriellen Praxis erfolgreich getestet und einer konventionellen Behandlung durch Beflammung gegenübergestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Plasmabehandlung zu einer wirksamen Modifizierung der adhäsiven Eigenschaften der Fügepartner führt. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit des Blisterings eingedämmt und die Produktqualität verbessert.