Mechanisch-technologische Charakterisierung einer Klebverbindung mit integrierter Polymerfaser

Von:

Bernd Marx

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Existierende klebtechnische Lösungen haben zwei wesentliche Defizite. Zu nennen sind die oft langen Aushärtezeiten bis zur vollständigen Belastbarkeit und die schwer abzuschätzende Langzeitstabilität von Klebverbindungen. Die Integration einer Polymerfaser in die Klebschicht stellt einen vielversprechenden Ansatz dar. Die Polymerfaser kann als Werkzeug zur Aushärtung von UV-Klebstoffen zwischen licht-intransparenten Fügeteilen oder zur Überwachung von Dehnungen in der Klebschicht genutzt werden. Jedoch muss der Einfluss einer dauerhaft in die Klebschicht integrierten Polymerfaser auf das mechanische Verhalten der Klebverbindung charakterisiert werden. Die mechanischen Eigenschaften der Polymerfaser und die Faserquerschnittsform können gezielt auf die Integrität in das mechanische Verhalten der Klebschicht angepasst werden. Der Einfluss einer quer zur Belastungsrichtung in die Klebschicht integrierten Polymerfaser wird mit einer FE-Simulation und Versuchen an dicken Zugscherproben untersucht. In den Versuchen werden drei Klebstoffe und Fasern, die eine große Spannweite an Steifigkeiten abdecken, betrachtet. Durch die Klebstoffauswahl ergibt sich für den E-Modul des Klebstoffs eine Spannweite von 3 N/mm2 - 1.800 N/mm2 und für die Faser 185 N/mm2 - 3.200 N/mm2. Als charakteristische Größen werden die max. von Mises-Vergleichsspannung, der Hauptdehnungsverlauf, die Zugscherfestigkeit und die Zugscherspannung bei der initialen Schädigung der Klebverbindung im Bereich um die Faser betrachtet. Der Quotient aus E-Modul Klebstoff und E-Modul Faser hat neben dem Faserdurchmesser den größten Einfluss auf das mechanische Verhalten. Ungünstige Kombinationen schwächen die Klebverbindung um 95%. Günstige Kombinationen resultieren in einer Steigerung der Zugscherfestigkeit um 10%.