ISBN 978-3-8439-2378-1

978-3-8439-2378-1, Reihe Ingenieurwissenschaften

Jan Schäfer
Oberflächenvorbehandlung von kohlenstofffaserverstärktem Polyamid 6 für das strukturelle Kleben im modernen Automobilbau

164 Seiten, Dissertation Universität der Bundeswehr München (2015), Softcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

Die vorliegende Arbeit behandelt die Oberflächenvorbehandlung von endlos kohlenstofffaserverstärktem Polyamid 6 für das strukturelle Kleben. Ziel war es, die Substratoberfläche so zu optimieren, dass strukturelle Klebungen, unter den Randbedingungen des Automobilbaus, ermöglicht werden. Dabei galt es die Wirkungsweisen, der beiden verwendeten Oberflächenvorbehandlungsverfahren (Atmosphärendruckplasma und Vakuum-UV Strahlung) auf Polyamid 6 Substraten zu untersuchen. Für die Klebverbindungen wurden moderne 2K-Polyurethanklebstoffe eingesetzt.

Im Rahmen der Arbeit wurde neben der Vorbehandlung mit zwei unterschiedlichen Prozessgasen auch der Herstellungsprozess von thermoplastischen Faserverbundkunststoffen betrachtet, da dieser einen Einfluss auf die Oxidation der Polymeroberfläche hat.

Durch die Verwendung unterschiedlicher oberflächenanalytischer Untersuchungsmethoden wurde ein Verständnis der Oberflächenveränderungen durch Herstellungsprozess und Klebvorbehandlung geschaffen. Hierzu wurden die Oberflächentopographie im Nanometermaßstab, die nebenvalenten Abzugskräfte, das Benetzungsverhalten sowie die chemische Zusammensetzung der Oberfläche bestimmt. Die analytischen Erkenntnisse wurden mit zerstörenden Klebversuchen (Zugscherversuch) in Verbindung gebracht, sodass eine Modellvorstellung über die ablaufenden Oberflächenveränderungen aufgestellt werden konnte. Dieses Grundlagenverständnis ermöglichte den Zusammenhang aus oberflächenanalytischen Kennwerten und der Klebfestigkeit aufzuzeigen, die Behandlungsintensität der verwendeten physikalischen Verfahren einzuordnen sowie das Behandlungsoptimum für Polyamid 6 zu definieren. Ergänzend wurden Kennwerte aufgezeigt, die auf eine Überbehandlung der Oberfläche schließen lassen.

Die vorliegende Arbeit liefert den Nachweis, dass hochfeste alterungsstabile Klebungen auf Polyamid 6 Oberflächen sowohl mit der Behandlung durch Atmosphärendruckplasma als auch mit der Vakuum-UV Strahlung möglich sind. Um eine hohe Klebfestigkeit zu erzielen ist es notwendig, dass die funktionellen Gruppen an der Oberfläche auf den Klebstoff abgestimmt sind, in ausreichend hoher Anzahl zur Verfügung stehen und die Oberfläche mit einer, für den Klebstoff zugänglichen, Nanotopographie versehen ist.