Klebeverbindung Faserverbund und Plasma – für innovativen Leichtbau

Mit dem innovativen Thema Kleben von Faserverbundwerkstoffen befasste sich eine Fachveranstaltung des Leichtbau Cluster der Hochschule Landshut. Mehr als 60 Teilnehmer nutzten die Gelegenheit sich beim Thema “Faserverbundwerkstoffe und Plasma – Klebverbindungen für flexible Oberflächen“ im Lindner Hotel Kaiserhof (Landshut) über technologische Entwicklungen, Potenziale aber auch Herausforderungen sowie bereits realisierte Anwendungen in diesen Themenkomplexen zu informieren. Der Leichtbau Cluster hatte die Veranstaltung zusammen mit dem „Carbon Composite e.V.“ und dem „Anwenderkreis Atmosphärendruckplasma des INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena“ ausgerichtet.

Faserverbundwerkstoffe gehören zu den innovativsten Entwicklungen der letzten Jahre auf dem Gebiet der Materialwissenschaften. Sie vereinen in sich positive Eigenschaften wie ein geringes Gewicht, eine hohe Festigkeit und eine hohe Stabilität. Durch den Einsatz sind neue Konzepte im Fahrzeug- und Luftfahrzeugbau und in weiteren Bereichen – wie bspw. in der Sport- und Freizeitindustrie – erst möglich. Bei der Herstellung von Faserverbundwerkstoffen bzw. bei der weiteren Be- und Verarbeitung eröffnet der Einsatz von Atmosphärendruckplasmen neue Möglichkeiten zur anwendungsorientierten Optimierung der Oberflächeneigenschaften des innovativen Materials. Dabei können Oberflächeneigenschaften wie Haftfähigkeit, Barrierewirkung, Reflexionsverhalten, Kratzfestigkeit und schmutzabweisende Wirkung durch „Atmosphärendruckplasmen“ beeinflusst werden. Dies durch energetische Anregung bzw. die Abscheidung von dünnsten Beschichtungen im 4. Aggregatszustand, dem Plasma.

Vielfältige Fachvorträge über Faserverbund, Plasma und Klebeverbindung

Die Referenten von renommierten Forschungseinrichtungen aus der ganzen Bundesrepublik zeigten in ihren Fachvorträgen vielfältige neue Anwendungsmöglichkeiten und Forschungsergebnisse rund ums Thema. Den Einführungsvortrag hielt Herr Prof. Dr. Jürgen von Czarnecki (Wehrwissenschaftliches Institut für Werk- und Betriebsstoffe WIWeB, Erding. In seinem Einführungsvortrag „Plasmaverfahren zur Funktionalisierung von Oberflächen und Anwendungen“ bot er grundlegende Informationen zum Phänomen Plasma als 4. Aggregatzustandes der Materie und zeigte Anwendungsmöglichkeiten dieser Technologie im Bereich der Faserverbundwerkstoffe und des Leichtbaus.

Die Verbesserung der mechanischen Kennwerte von Glasfaserverstärktem Kunststoff durch Plasmafunktionalisierung zeigte Prof. Michael Leck, (HAWK Göttingen). Prof. Dr. Karl Friedrich Reiling, Hochschule Landshut und Johann-Peter Scheitle, (Eurocopter Deutschland GmbH) stellten die Wichtigkeit der Vorbehandlung von Verklebungen hervor, die für die Qualität und damit Haltbarkeit der Klebverbindung eine enorme Bedeutung hat. Qualitätsgesicherte Vorbehandlung von Faserverbundstrukturen vor dem Kleben und Lackieren beleuchtet Dr. Ralph Wilken (Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM Bremen).

Den Einsatz von verschiedenen Modellen zur Berechnung der Zuverlässigkeit von Klebverbindungen unter der Voraussetzung einer guten Adhäsion erläuterte Dipl.-Ing. Johannes Neumayer (TU München). Dr. Jens Holtmannspötter (WIWeB Erding) stellte einen Vergleich von Oberflächenvorbehandlungsarten von CFK mit Einfluss auf die Nano-Rauhigkeit an. Plasmabehandlungen zeigten das positivste Ergebnis.

Der abschließende Fachvortrag stellte Dr. Frank Simon (Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden) die Untersuchungen mittels der sog. Photoelektronenspektroskopie (XPS) zur oberflächennahen Kohlenstoff-Analytik vor. Plasmabehandlungen führen zu einer Funktionalisierung von partikulären oder faserförmigen Kohlenstoffspezies. Der Grad der Modifizierung kann durch XPS-Messungen ermittelt werden.

Der Workshop hat gezeigte, dass Plasma-Anwendungen bei der Herstellung und Verarbeitung von Verbundwerkstoffen zukünftig eine bedeutende Rolle spielen können. Gute Haftfestigkeiten spielen sowohl im Material zwischen den Fasern und der Einbettungsmatrix als auch bei der Einbindung von Verbundbauteilen in komplexe Systeme eine entscheidende Rolle. Hier ist der Einsatz von Atmosphärendruckplasmen – oft auch in Kombination mit anderen Technologien zur Oberflächenfunktionalisierung – aufgrund seiner verfahrenstechnischen, wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile ein gutes Mittel der Wahl, wie Marc Bicker, Projektmanager Leichtbau-Cluster, das Ergebnis zusammenfasst.