Einfluss der Einbettung von FBGs in strukturelle CFK-Filmstoffklebungen auf die Eigenschaften von Klebung und Sensor

Für die Zulassung von strukturellen Klebungen in primären Flugzeugstrukturen ist die Entwicklung von zuverlässigen Strukturüberwachungsmethoden (SHM) eine wichtige Grundlage. Faser Bragg Gitter Sensoren (FBG) sind eine vielversprechende Sensortechnologie für ein SHM-System in strukturellen Klebungen. Diese Arbeit erforscht die Auswirkungen der Einbettung solcher faseroptischer Sensoren (im Speziellen FBGs) in die Klebschicht von strukturellen Filmklebstoffklebungen. Im Fokus der Untersuchungen stehen die Auswirkungen auf Eigenschaften und Funktion von Klebung und FBG-Sensor. Dabei wird die Eignung verschiedener Glasfasertypen für ein Strukturüberwachungssystem in strukturellen Filmklebstoffklebungen mit Fügeteilen aus kohlenstofffaserverstärken Kunststoff (CFK) untersucht und verglichen. Es werden optische Glasfasern mit unterschiedlichen Durchmessern (50 µm, 80 µm und 125 µm) und unterschiedlichen Beschichtungstypen (Polyimid und Acrylat) getestet. Aus den unterschiedlichen Kombinationen von Glasfaserdurchmesser und -beschichtungen ergeben sich Glasfasergesamtdurchmesser zwischen 54-200 µm. Bei den Filmklebstoffen handelt es sich um epoxidbasierte strukturelle Konstruktions- und Reparaturklebfilme mit integriertem Trägergewebe, die in der Luftfahrtindustrie u.a. zum Fügen von CFK-Bauteilen verwendet werden. Die verwendeten Filmklebstoffe weisen eine ausgehärtete Schichtdicke < 100 µm auf.

The development of reliable structural health monitoring methods (SHM) would be an important step towards the certification of structural adhesive bonding for primary aircraft structures. Fibre bragg grating sensors (FBG) are a promising technology for such an SHM-system for adhesive bonds. This research investigates the embedding of fibre optical sensors, more specifically FBGs, in the adhesive layer of structural film adhesive bonds with CFRP (carbon fibre reinforced plastics) adherents. The investigation focusses on the consequences for the properties of the adhesive bond and the FBG-sensor as a result from the embedding in the adhesive layer. The suitability of different types of optical glass fibres for an adhesive bond monitoring system for structural film adhesive bonds is investigated and compared. The optical glass fibre types differ in diameter (50 µm, 80 µm and 125 µm) and coating (polyimide and acrylate). The different combinations of glass fibre diameters and coatings result in total glass fibre diameters between 54-200 µm. The tested film adhesives are epoxy-based structural construction and repair film adhesives with integrated carrier meshes that are commonly used in the aeronautical industry for joining CFRP-materials. The film adhesives have an adhesive layer thickness of 90-100 µm after curing.