Zur Übersicht

Oral-Poster-Präsentation

Maßgeschneidertes reaktives Fügen von Kunststoff- und Hybridverbindungen

Mittwoch (26.06.2019)
15:12 - 15:15 Uhr

Im Zuge stetig zunehmender Hybridisierung und Gewichtseinsparung sowie immer weiterführender Miniaturisierung wachsen die Anforderungen an die Verbindungstechnologie. Dabei treiben innovative Leichtbauweisen die Entwicklung von neuen Materialien und deren Kombinationen voran. Neben dem Trend, leichte Metalle oder poröse Strukturen einzusetzen, wird vor allem in der Kunststoffanwendung ein großes Potenzial gesehen. Parallel zur Werkstoffentwicklung wachsen damit die Herausforderungen der Fügetechnologien, bei denen nicht nur Kunststoff- sondern auch Hybridverbindungen gefügt werden.

Konventionelle Fügeprozesse, wie Schweißen, erzeugen meist einen hohen Wärmeeintrag in das Bauteil, wobei nicht nur die relevante Fügestelle erwärmt wird. Dadurch entstehen Veränderungen der Werkstoffmikrostruktur, was zu unerwünschten Eigenschaftsdegradationen führt. Klebverbindungen sind zudem alterungsanfällig und erfordern zeitaufwändige Vor- und Nachbehandlungen.

Das Fügen mit reaktiven Multischichtsystemen (RMS) ist eine Möglichkeit, die Grenzen der herkömmlichen Verbindungstechnologien ganz oder teilweise zu überwinden. RMS sind Wärmequellen, die an den Anwendungsfall „maßgeschneidert“ werden. Sie bestehen aus zwei chemischen Elementen, die lagenweise abwechselnd angeordnet sind. Wird in dieses System eine Aktivierungsenergie eingebracht, entsteht eine selbstfortschreitende exotherme Reaktion. Infolge dieser reagiert das RMS innerhalb von Sekundenbruchteilen durch und gibt einen Teil seiner Bindungsenthalpie in Form von Wärme frei, die zum Verbinden von artgleichen sowie artfremden Materialien genutzt werden kann.

Beim Fügen von faserverstärkten, thermoplastischen Kunststoffen werden RMS zur Herstellung von stoffschlüssigen Verbindungen eingesetzt, ohne die Kunststoffmatrix zu beschädigen. Neben der Auswahl des geeigneten RMS besitzen vor allem der Fügedruck und die Oberflächenbeschaffenheit den größten Einfluss auf die Verbindungsgüte. Von besonderem Interesse für industrielle Anwendungen ist das Fügen von Kunststoff-Metall-Verbindungen. Mit der RMS-Technologie sind Hybridverbindungen unter Verwendung verschiedenster Ansätze realisierbar, in dem der schmelzflüssige Kunststoff für eine Anbindung auf dem Metall genutzt wird.

Es werden aktuelle Entwicklungen zur Nutzung von RMS im Kunststoff- und Hybridbereich vorgestellt. Anhand angepasster RMS-Designs und der Weiterentwicklung der RMS-Fügetechnologie werden aktuelle Arbeiten an verschiedenen Beispielen thematisiert.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Erik Pflug
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Jörg Bretschneider
    Fraunhofer IWS Dresden