Lasergestützte Verbindungsverfahren zum Fügen von faserverstärkten Kunststoffen und Metallen

In der Automobil- und Luftfahrtindustrie steigt der Einsatz von Leichtbaumaterialien wie Aluminium- und Titanlegierungen sowie CFK und GFK stetig an, Dadurch gewinnt das Fügeverfahren Kleben immer größeren Stellenwert in der industriellen Fertigung. Zum qualitätsgerechten und reproduzierbaren Fügen von Bauteilen dieser Materialien wird die Laseroberflächenbearbeitung als schnelle und selektive Vorbehandlung der Oberflächen angewandt. Die Konservierung dieser aktivierten Oberflächen nach dem Vorbehandlungsschritt bis zum Fügeprozess ist ein wichtiger Schritt um den Zeitfaktor beim Fügeverfahren Kleben zu entkoppeln und dabei das Verfahren noch zuverlässiger zu gestalten. Die Laservorbehandlung mittels gepulster Festkörperlaser eignet sich sehr gut zur Klebflächenvorbehandlung. Im Vergleich zu anderen Verfahren, wie dem Sandstrahlen sowie SACO(exo ®)-Druckstrahlen, werden Festigkeitssteigerungen auch nach Alterungstests erzielt. Die aktivierte und oxidierte Metalloberfläche kann mittels Polyelektrolytlösung, wie dem verwendeten PVAm, konserviert werden. Unter Verwendung von Epoxidharzklebstoffen bewirken diese Schichten auch einen zusätzlichen geringen Festigkeitsanstieg. Bei der stofflichen Untersuchung der Metalloberflächen mittels XPS in Kombination mit Sputtern ist festgestellt worden, dass durch die Laservorbehandlung erwartungsgemäß eine im Vergleich zum Ausgangszustand dickere Oxidschicht neben der topographischen Veränderung entsteht. Die Laserstrukturierung an dem FVK auf GF/PP Basis erzielt ebenfalls eine Verbesserung der Klebeigenschaften. Basierend auf diesen Ergebnissen werden erste Mischverbindungen aus Alu-GF/PP und Titan-GF/PP erstellt.