Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Analyse und Vorhersage rezeptur- und zeitabhängiger Enthaftungserscheinungen geklebter SMC-Bauteile

Gesteigerte Anforderungen an SMC-Bauteile z.B. hinsichtlich Class-A-Oberflächen oder Brandschutzanforderungen führen zu einer stetigen Weiterentwicklung bestehender SMC-Rezepturen.

Während SMC-Bauteile vor dem Kleben durch „Anschleifen“ oder „Primern“ vorbehandelt wurden, führten wachsende Forderungen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit des Fertigungsprozesses zu einer Entwicklung von Klebstoffsystemen, für die bei einer Warmhärtung ein trockenes Abwischen des SMC-Bauteils als Oberflächenvorbehandlung ausreichend ist. Der Verzicht auf eine manuelle Vorbehandlung vor dem klebtechnischen Prozess führt bei einzelnen SMC-Rezepturen zu Enthaftungserscheinungen und Versagen der Verbindungen im Bauteillebenszyklus durch Grenzflächendelamination, obwohl eine prozessintegrierte Aufrissprüfung jeweils am Folgetag nach Fügen mit >90% Faserausriss bewertet wurde.

Welche Phänomene (Migration niedermolekularer Bestandteile, Hydrolyse, thermische oder chemische Zersetzung) in Abhängigkeit der SMC-Rezeptur und der Oberflächenvorbehandlung (trockene Reinigung / Plasmabehandlung) zur Ausbildung verminderter Adhäsion zwischen Klebstoff und SMC führen, ist nicht bekannt und soll im angestrebten Forschungsvorhaben untersucht werden.

Im Rahmen dessen soll das Alterungsverhalten der geklebten Verbindung in Abhängigkeit verschiedener Additive und Füllstoffe sowie der Oberflächenvorbehandlung analysiert werden. Auf Basis dieser Ergebnisse sollen grundlegende Gestaltungsrichtlinien abgeleitet und eine Methode zur Charakterisierung des Alterungseinflusses qualifiziert und evaluiert werden, welche Anwendern und Rohstoffherstellern ermöglicht, die Langzeitstabilität geklebter SMC-Verbindungen vorhersagen und bewerten zu können. Auf diese Weise können im Produktlebenszyklus auftretende Probleme im Vorfeld ohne Verlängerung der Entwicklungszeiten vermieden werden. Mit den im Rahmen des geplanten Forschungsprojektes erarbeiteten Forschungsergebnissen soll es KMU möglich sein, abzusichern, dass neue Werkstoffanforderungen, die durch den Einsatz neuer SMC-Rezepturen realisiert werden müssen, keinen negativen Einfluss auf das Alterungsverhalten geklebter SMC-Bauteile haben werden.

Ergebniszusammenfassung:

Die gesammelten Erkenntnisse des Projektes zeigten, dass die Art und der Anteil der eingesetzten Low-Profile-Additive in der SMC-Formulierung einen erheblichen Einfluss auf die Güte des Klebverhaltens haben sowie im speziellen auf die Langzeitstabilität, aufgezeigt an SMC-Rezepturen mit PvAc und gesättigtem Thermoplast als Additiv. So führte ein erhöhter PVAC-Anteil zu Enthaftungserscheinungen nach einer hygrothermischen Alterung. Um auch zukünftig die Unbedenklichkeit neuer Additive auf das Langzeitverhalten geklebter SMC-Verbindungen nachweisen zu können, wurde eine systematische Vorgehensweise zur Bewertung des Alterungseinflusses von SMC-Klebverbindungen in Hinblick auf die Langzeitstabilität entwickelt, die neben der Vorgehensweise Handlungs- und Auslegungsempfehlungen enthält. Durch die entwickelte Methode zum Nachweis der Alterungsbeständigkeit, wird eine Steigerung der Produktqualität durch eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der Klebung ermöglicht. Mit den im Rahmen dieses Forschungsprojektes erarbeiteten Ergebnissen ist es KMUs möglich, klebtechnisch gefügte SMC-Verbindungen in Eigenregie hinsichtlich der Langzeitstabilität zu untersuchen. Für die Anwender in den Bereichen der Automobilindustrie, des Nutzfahrzeug- und Schienenfahrzeugbaus sowie deren Zulieferern kann die abgesicherte Auslegung der SMC-Klebverbindungen eine deutliche Wettbewerbssteigerung bedeuten. SMC- und Additivhersteller können Produktneuentwicklungen zielsicher beurteilen, wodurch die Entwicklungszeiten deutlich verkürzt werden und Ingenieurbüros können ihre Kunden gezielt bei der Auslegung geklebter SMC-Verbindungen unterstützen. Zudem konnten durch die ganzheitliche Betrachtung des Entstehungsprozesses geklebter SMC-Produkte, angefangen bei der SMC-Zusammensetzung bis hin zur Betrachtung des Langzeitverhaltens geklebter Verbindungen, neuartige, wirtschaftliche und serientaugliche Fertigungsprozesse für bestehende sowie neue Produkte aufgezeigt werden.