Entwicklung und Optimierung der lokalen Silikatisierung zur Verbesserung der Klebeeigenschaften von Hochtemperatur-Thermoplasten
Projektleiter: Dr.-Ing. Thomas Reußmann
Projektnummer: BMWK / ZIM, ZF4068928DN9
Laufzeit: 01.03.2020 – 31.08.2022
Aufgabenstellung
Polymere Werkstoffe zeigen im Allgemeinen eine schlechte Klebneigung. Zur Verbesserung der Benetzbarkeit von Materialoberflächen sind verschiedene Verfahren (Plasmabehandlung, Beflammung, Silikatisierung usw.) bekannt. Insbesondere durch eine pyrolytische Silikatisierung der Materialoberfläche kann die Benetzbarkeit deutlich verbessert werden. Gegenstand des Projektes war die Entwicklung eines automatisierten Prozesses für eine lokal begrenzte, dreidimensionale Vorbehandlung von Bauteilen aus faserverstärktem PPS mit Hilfe der Flammensilikatisierung. Folgende Aufgaben waren zu lösen:
- Ermittlung der optimalen Prozessparameter zur Flammensilikatisierung von GF/PPS und CF/PPS
- Entwicklung eines Prozesses einschließlich der Anlage für die automatisierte Flammensilikatisierung von 3D-Konturen
Ergebnisse
In einem ersten Schritt wurde das Aktivierungsverhalten der faserverstärkten PPS-Halbzeuge untersucht. Es konnte nachgewiesen werden, dass eine markante Steigerung der Zugscherfestigkeit von 1-2,5 N/mm² auf 10-14 N/mm² nach flammenpyrolytischer Vorbehandlung möglich ist. Dabei spielt es keine Rolle, ob eine Glasfaser- oder Carbonfaserverstärkung vorliegt. Entgegen den Erwartungen wurde festgestellt, dass die Behandlung mit einer undotierten Flamme bessere Effekte brachte als mit der Flammensilikatisierung. Ein Haftpromotor zeigte auf diesem Substrat auch keine Wirkung. Die Prozessentwicklung zur Flammensilikatisierung von schmalen, konturnahen Klebenähten konnte erfolgreich abgeschlossen werden.
Die Anlagentechnik zu einer Behandlung von 3-D-Bauteilen wurde beim Projektpartner aufgebaut. Durch die gemeinsamen Entwicklungsarbeiten konnte gezeigt werden, dass der Miniaturbrenner Webber 30 für die robotergestützte Applikation besonders geeignet ist, da er auch in der Bewegung eine stabile Flammencharakteristik aufweist. Der Betrieb an der neuentwickelten Gassteuerung mit erweitertem Arbeitsbereich lieferte reproduzierbare Eigenschaften. Die vorbehandelten und verklebten 3D-Konturen wiesen Zugscherfestigkeiten von 4-6 N/mm² auf, wobei die Werte das tatsächlich mögliche Potenzial nicht widerspiegeln.
Anwendung
Die entwickelte Anlagentechnik kann zur Vorbehandlung von 3D-Konturen aus unterschiedlichen Polymeren eingesetzt werden.
Zugscherfestigkeit verschiedener Materialien; Vorbehandlung mit Miniaturbrenner Webber 30 in dynamischer Bewegung mit 800 mm/s und 2 Durchläufen.
