Thermoplastische Faserverbundwerkstoffe (FVK) weisen eine Reihe an Vorteilen gegenüber duroplastischen FVK auf, sodass der Einsatz dieser Werkstoffgruppe als Strukturmaterial für Anwendungen in der Luftfahrt zunehmend steigt. Insbesondere der Hochleistungsthermoplast Polyetheretherketon (PEEK) erfüllt dabei die hohen luftfahrtindustriellen Materialanforderungen. Um das Leichtbaupotential von FVK möglichst optimal ausnutzen zu können, stellt das strukturelle Kleben gegenüber konventionellen Fügemethoden eine vielversprechende Alternative dar. Derzeit gibt es innerhalb der Literatur keine einheitliche Erklärung, welche die Haftung zwischen Fügeteil und Klebstoff (Adhäsion) vollständig beschreiben kann. Für die luftfahrtindustrielle Zulassung und Umsetzung von strukturellen Klebungen ist dieses Verständnis von Adhäsion allerdings eine Voraussetzung, um sichere und robuste Klebungen zu gestalten. Zunächst wurde im Rahmen dieser Arbeit der Einfluss verschiedener Vorbehandlungsverfahren auf eine PEEK Oberfläche hinsichtlich der Modifikation der Oberflächeneigenschaften untersucht. Für ein detailliertes Verständnis bezüglich der Eigenschaften einer gut klebbaren Oberfläche, wurden die Vorbehandlungsprozesse gezielt variiert. Entgegen der Lehrbuchmeinung und einer Vielzahl an aktueller Literatur konnte dabei experimentell gezeigt werden, dass Adhäsion nicht durch den Aufbau von kovalenten Bindungen stattfindet, sondern maßgeblich durch Van der Waals’sche (VdW) Wechselwirkungen bestimmt ist. Eine Rauigkeit im nm Maßstab kann durch entsprechende Oberflächenvergrößerung entsprechend viel VdW Wechselwirkung zulassen. Diese Ergebnisse konnten zudem mit weiteren Thermoplasten als auch Duroplasten erfolgreich bestätigt werden. Der erarbeitete Erklärungsansatz (die Modellvorstellung zur Adhäsion) kann alle betrachteten Proben mit hoher Klebfestigkeit vollständig beschreiben.
Aktualisiert: 2020-12-26
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Kohlenstofffaser verstärkte Kunststoffe (CFK) werden zunehmend in Automobilbau und Luftfahrt angewendet. Der Einsatz des Fügeverfahrens Kleben ermöglicht weitere Gewichtseinsparungen bei Leichtbaukonstruktionen. Für strukturelle Anwendungen der Klebtechnik muss die Alterungsbeständigkeit der Grenzfläche garantiert werden. In dieser Arbeit wurde das Alterungsverhalten in Bezug auf Temperatur und Feuchte an geklebten CFK-Strukturen untersucht. Die Grenzfläche zwischen CFK und Klebstoff stellt gewöhnlich eine mögliche Schwachstelle in der Verbundkette dar. Diese Schwachstelle kann aber durch den Einsatz geeigneter Vorbehandlungsverfahren ausgeschlossen werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das physikalische Verfahren Atmosphärendruckplasma und das mechanische Verfahren Vakuumsaugstrahlen eingesetzt. Durch die beiden Verfahren werden vollständig unterschiedliche Oberflächen erzeugt. Dennoch liefern beide Oberflächen eine hochfeste Klebung und die Grenzfläche kann als Schwachstelle des Verbundes ausgeschlossen werden. Die Alterung der Zugscherprobekörper bei einer erhöhten Temperatur in Kombination mit einer erhöhten Feuchte führen grundsätzlich zu einem intralaminaren Versagen in der ersten Faserlage. Der Grund für diese Delaminationen der Faser-Matrix-Anbindung sind Spannungsgradienten. Wenn diese abgebaut werden kann das intralaminare Versagen minimiert werden. Dies kann zum Beispiel durch die Reduzierung der Überlappungslänge von einfach überlappenden Zugscherproben erfolgen. Dadurch wird der Spannungsverlauf homogener, sodass das Versagen kohäsiv im Klebstoff auftritt.
Aktualisiert: 2019-12-27
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