Nanobond

Problemstellung
In den letzten Jahren hat der Einsatz geklebter Kunststoff-Stahl-Hybridstrukturen in der Fahrzeugindustrie kontinuierlich zugenommen, da die Steifigkeit und die Festigkeit des Stahl gezielt mit der Designfreiheit der Kunststoffe zur Leistungssteigerung des Gesamtsystems sowie zur Funktionsintegration kombiniert werden können. Dadurch steigt der Kunststoffanteil bei Fahrzeugen und dieses erfordert eine Weiterentwicklung der bisher gängigen Verbindungstechniken. Beim Fügen artverschiedener Werkstoffe und beim Fügen von Werkstoffen, die keine hohe Temperaturen vertragen, ist bislang die Klebtechnik gebräuchlich. Die relativ geringe Wärmeleitfähigkeit der eingesetzten Kunststoffe, kombiniert mit einer oftmals nur einseitigen Zugänglichkeit der Fügestelle erfordert neue, innovative Techniken zur Klebstoffaushärtung. Zudem besteht der Anspruch einer Bauteil und Oberfläche schonenden Methode zur Klebstoffhärtung, da vielfach bereits beschichtete und endlackierte Teile verklebt werden. Außerdem fehlten bislang Lösungen zum ebenfalls bauteilschonenden Entfügen der Verbindungen.

Projektziele und Ergebnisse
Im Projekt wurde eine Fügetechnologie entwickelt, mit der bevorzugt lackierte metallische und polymere Werkstoffe und Bauteilkomponenten mittels Kleben werkstoffgerecht gefügt, und mit vergleichbarer Verfahrenstechnik auch wieder werkstoffgerecht im Hinblick auf Reparatur- und Demontagezwecke entfügt, d.h. getrennt, werden können. Eine hierfür geeignete Gerätetechnik wurde entwickelt und mit Bauteilmustern erprobt , so dass eine anwendbare Systemtechnik zur Verfügung steht.
Zunächst wurden die Grundlagen dieser neuartigen Technologie zur Klebstoffaushärtung an einfach gestalteten Prüfkörpern und anhand vieler unterschiedlicher Werkstoffe und Klebeprodukte untersucht. Die zu den Werkstoffen passenden Klebstoffe wurden von der Automobilindustrie und den Klebstoffherstellern ausgesucht. Dabei wurde besonders die Erwärmung der Werkstoffe im Mikrowellenfeld sowie die Modifizierbarkeit der ausgewählten Klebstoffe betrachtet.
Anschließend wurden bauteilmusterähnliche Prüfkörper wie z. Doppelhutprofile und andere Hohlkörperstrukturen in die Untersuchungen einbezogen. Hierzu wurde eine Versuchseinrichtung gebaut, die den Qualitätsanforderungen der industriellen Anwender entspricht. Im letzten Projektabschnitt war geplant, die Anwendbarkeit des entwickelten Verfahrens anhand von Bauteilmustern aus dem Automobilbau zu demonstrieren. Das war jedoch innerhalb der vorgegebenen Projektlaufzeit nicht mehr möglich, so dass das Projekt mit dem Nachweis der prinzipiellen Machbarkeit der Nanobondtechnologie endete.

Anwendungspotenzial
Ein großer Vorteil dieses neuartigen Verfahrens sind die vielen Variationsmöglichkeiten. Die spezifische Energieaufnahme der Nanopartikel lässt sich durch Variation der chemischen Zusammensetzung, Partikelgröße und Kristallinität einstellen. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass ein schonender Energieeintrag erfolgt, der ein schädigungsfreies Erwärmen der Klebschicht und Fügeteile erlaubt. Durch Verwendung spezifischer Nanopartikel kann gleichzeitig eine intrinsische Begrenzung der Maximaltemperatur eingebaut und damit eine Überhitzung vermieden werden, so dass auch für Bauteile aus Kunststoff keine Gefahr durch zu große Wärmeeinbringung besteht. Auf Grund der erwarteten stetigen Zunahme des Anteils an Kunststoffwerkstoffen im Materialverbund eines modernen Fahrzeugs von derzeit ca. 16% auf 25% im Jahr 2015 w
eist das "NanoBond-Verfahren" ein großes Potenzial im Sinne einer zukunftsorientierten und nachhaltigen Fertigung auf.
Die Ergebnisse des Verbundprojektes Nanobond lieferten die prinzipielle Machbarkeit der beschriebenen Methode. Eine industrielle Technologie zum Fügen und Entfügen nanopartikelmodifizierter Klebstoffe durch hochfrequente Wechselfelder wurde jedoch trotz des großen Bedarfs auf Seiten der Anwender aus der Automobilindustrie nicht erreicht. Hierzu sind aufbauend auf den Erkenntnissen zu Nanobond weitere Entwicklungen notwendig.

Entwicklung von Verfahrenstechniken zum Fügen und Entfügen lackierter Bauteilkomponenten auf der Basis nanopartikelmodifizierter Klebstoffe - Nanobond -

Autor: Hahn, O.; Meyer, T.; et al.

Verlag: Universität Paderborn, Eigenverlag

Erscheinungsjahr: 2006

ISBN: 3-9809524-4-4

Beschreibung: Der Bericht enthält die Ergebnisse des Verbundprojektes Nanobond. Das Projekt untersuchte Lösungen zum Fügen und Entfügen lackierter Bauteilkomponenten auf der Basis nanopartikelmodifizierter Klebstoffe. Durch Zugabe von speziellen Nanopartikeln wurden Klebstoffsysteme entwickelt, die mittels hochfrequenter Wechselfelder lokal erwärmt werden können. Als Erwärmungsmethode wurde das Mikrowellenverfahren genutzt. Die Untersuchungen wurden im wesentlichen bezogen auf die Werkstoffkombination Stahl-Kunststoff und Kunststoff-Kunststoff durchgeführt. Die Gesamtergebnisse haben ihren Niederschlag in der Entwicklung und Realisierung einer Anlagentechnik zur Mikrowellenaushärtung von Reaktionsklebstoffen gefunden.