P 912 – Bruchverhalten von Klebverbindungen und Kohäsivzonenmodell – Einfluss der Herstellung und der Alterung

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P912

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Beschreibung

P 912 – Bruchverhalten von Klebverbindungen und Kohäsivzonenmodell – Einfluss der Herstellung und der Alterung

Teilbericht zum AiF/DFG-Cluster: Beständigkeit von Klebungen verstehen und berechnen (BestKleb) Das vorliegende Teilprojekt 4 des BestKleb-Clusters befasste sich mit vier im Zusammenhang stehenden Themen. Im ersten Themenblock ging es um die Finite -Elemente-Simulation von Klebschichten mit Kohäsivzonenmodellen. Solche Modelle, die sich durch hohe Effizienz auszeichnen, wurden mit den hier identifzierten Parametern in den BestKleb-Teilprojekten 7 und 8 eingesetzt, welche sich mit Anwendungen im Bauwesen befassen. Zur Weiterentwicklung der Kohäsivzonenmodelle wurde ein in TP 3 entwickeltes viskoelastische Materialmodell mit Berücksichtigung von Temperatur, Feuchte und Klebschichtdicke in ein  Kohäsivzonenmodell übertragen. Ferner wurden Methoden entwickelt, um den Effekt der Querkontraktionsbehinderung im Kohäsivzonenmodell zu berücksichtigen, wodurch deutliche Verbesserungen der Vorhersage der Verbindungssteifigkeit erzielt wurden.
Eine grundlegende Größe in den Kohäsivzonenmodellen ist die kritische Energiefreisetzungsrate GIc beim Risswachstum in der Klebschicht, deren Verständnis im zweiten Schwerpunkt der Arbeiten vertieft wurde. Zwei Untersuchungsmethoden wurden entwickelt, die zusammen erstmalig eine Abschätzung der Energiebilanz beim  Risswachstum ermöglichen. Der erste Ansatz beruht auf einer Simulation des TDCBVersuchs, bei der sowohl der Rissfortschritt als auch die plastische Deformation der Klebschicht berücksichtigt wird. Die zweite Herangehensweise ergänzt den TDCBVersuch um eine Messung der Oberflächentemperatur der Klebschicht per Wärmebildkamera und erlaubt es, die am Riss erzeugte Wärmemenge zu quantifizieren.
Die kritische Energiefreisetzungsrate GIc wurde im dritten Teil des  Projekts in Bezug auf die Alterung untersucht, wobei in enger Verknüpfung mit BestKleb-Teilprojekten 1 und 3 verschiedene Klebstoffe untersucht wurden. Für einen  Polyurethanklebstoff wurde eine Methode zur Berechnung des Effekts von in die Klebschicht diffundierendem Wasser erstellt.
Mit einem Verfahren zur Verbesserung der Alterungsbeständigkeit befasste sich schließlich der vierte Themenblock. Die zunehmende Verwendung der Klebtechnik erfordert einen robusten Klebprozess, über den eine lasttragende Verbindung trotz möglicher haftungsmindernder Kontaminationen erreicht werden kann. Bereits geringfügige Oberflächenadsorbate können zum Versagen einer geklebten Verbindung führen. Mit Hilfe der  Klebstoffapplikation unter Leistungsultraschall ist es möglich, Kontaminationen von der Grenzfläche Fügeteil-Klebstoff zu entfernen und so einen kontaminationstoleranten Prozess mit reproduzierbaren Festigkeiten sicher zu stellen.
Im Rahmen des BestKleb-Clusters wurde zunächst diskutiert, unter welchen Bedingungen sich die ausgewählten  Klebstoffsysteme für eine Ultraschalleinkopplung eignen. Dazu wurde der Einfluss der Ultraschalleinkopplung auf die  chemischen (IRATR) und mechanischen (DSC, DMA, Zugfestigkeiten) Eigenschaften des Klebstoffsystems dargestellt. Daraus ergeben sich optimierte Prozessparameter für ein Klebstoffsystem. Diese zeichnen sich durch eine hohe Reinigungsleistung und nur geringe  Beeinflussung der Aushärtung bzw. Topfzeit aus. Mit dem optimierten Verfahren wurde die Alterungsbeständigkeit von Klebungen anhand von zerstörender Prüfung nach Klimaauslagerung untersucht. ‚
Das IGF-Vorhaben 17276 N der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. – FOSTA, Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Forschungsvorhaben wurde am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Bremen und am Wehrwissenschaftliches Institut für Werk- und Betriebsstoffe (WIWeB), Erding, durchgeführt.