Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) zeichnen sich vor allem durch ihre hervorragenden gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften aus. Bohrlöcher, welche z.B. für Nietverbindungen notwendig sind, schädigen das Material und mindern die Leichtbaugüte, da die lasttragenden Fasern durchtrennt werden. Eine alternative und werkstoffgerechte Fügemethode stellt das Kleben dar. Dabei erfolgt die Kraftübertragung über die gesamte Klebefläche und somit gleichmäßiger als bei punktuellen Verbindungen. Von besonderer Bedeutung beim Kleben ist die Adhäsion, d.h. die Übertragung von Haftkräften an den Grenzflächen zwischen dem Klebstoff und den Fügeteilen. Um ein adhäsives Versagen, d.h. ein Versagen an der Grenzfläche zuverlässig ausschließen zu können, muss insbesondere der Einfluss der Oberflächeneigenschaften des CFK auf die Adhäsion beschrieben werden. Hierfür existieren viele verschiedene Erklärungsansätze, was darauf zurückzuführen ist, dass sich bei konventionellen Prozessen die Oberflächeneigenschaften nur schwer getrennt voneinander betrachtet lassen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher mit speziellen Prozessen gezielt Oberflächen eingestellt. Diese unterscheiden sich hinsichtlich ihrer µm-Topographie, ihrer sub-µm-Topographie oder ihrer Oberflächenchemie. Die Adhäsion wurde auf verschiedene Arten quantifiziert: makroskopisch, durch die zerstörende Prüfung geklebter Verbunde und mikroskopisch, durch mit Messung von Kraft-Abzugs-Kurven mittels AFM. Die mikroskopische Messung wurde durch ein Modell zum Topographieeinfluss ergänzt. Es konnte gezeigt werden, dass sich der Einfluss von Strukturen im µm-Maßstab durch eine kontinuums- und bruchmechanische Betrachtung beschreiben lässt. Dabei wirkt sich eine Oberflächenvergrößerung positiv auf die übertragbare Last in geklebten Verbunden aus. Allerdings führen die Strukturen auch zu Spannungsüberhöhungen und somit geringeren übertragbaren Lasten. Die Oberflächenchemie hat keinen dominanten Effekt auf die an der Grenzfläche übertragbaren Kräfte. Versuche haben gezeigt, dass auf makroskopisch unpolaren Oberflächen, welche keine Möglichkeit für die chemische Anbindung des Klebstoffs liefern, eine gute Adhäsion möglich ist. Voraussetzung dabei ist, dass eine Rauigkeit im molekularen Maßstab auf der Oberfläche vorliegt, welche die adhäsiven Wechselwirkungen wesentlich beeinflusst. Einerseits können durch die Oberflächenvergrößerung mehr Wechselwirkungsstellen zwischen Klebstoff und Oberfläche geschaffen werden. Andererseits begünstigt die fraktale Struktur einer molekularen Rauheit die Ausbildung spontaner Dipolkräfte und somit stärkerer adhäsiver Wechselwirkungen.    «

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) zeichnen sich vor allem durch ihre hervorragenden gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften aus. Bohrlöcher, welche z.B. für Nietverbindungen notwendig sind, schädigen das Material und mindern die Leichtbaugüte, da die lasttragenden Fasern durchtrennt werden. Eine alternative und werkstoffgerechte Fügemethode stellt das Kleben dar. Dabei erfolgt die Kraftübertragung über die gesamte Klebefläche und somit gleichmäßiger als bei punktuellen Verbind...    »