Haftungsmechanismen beim Schweissen strahlenvernetzbarer Thermoplaste

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dietmar Drummer
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248297578

Können Kunststoffbauteile aufgrund Ihrer Komplexität nicht in einem Fertigungsschritt hergestellt werden oder ist dies aus wirtschaftlichen Gründen nicht anzustreben, wird der Einsatz von Fügetechnologien erforderlich. Das Schweißen bringt die Vorteile einer stoffschlüssigen und mediendichten Verbindung mit sich, die ohne den Einsatz von Zusatzwerkstoffen eine hohe Lastübertragung ermöglicht. Die zum Aufschmelzen des Kunststoffs nötige Wärme wird z.B. durch Konvektion, Strahlung, Wärmeleitung oder Reibung eingetragen. Ein Verfahren, welches das Prinzip der Erwärmung durch äußere Reibung nutzt, stellt das Vibrationsschweißen dar.Als Hauptursache für die Übertragbarkeit hoher Kräfte in Schweißverbindungen ist die Verschlaufung von Molekülen in der Grenzfläche durch Interdiffusion anerkannt. Die übertragbaren Kräfte von Nebenvalenzbindungen sind für die Erklärung der Haftungsmechanismen in Schweißverbindungen zu gering. Die Ausbildung neuer Hauptvalenzbindungen über die Grenzfläche hinweg ist für das Schweißen von Kunststoffen unbekannt. Da demzufolge als Haftungsmechanismus lediglich eine Interdiffusion in Frage kommt, werden überwiegend Kunststoffe gleicher Art und gleichen Typs miteinander geschweißt. Im Sinne eines intelligenten Materialmixes in Produkten sind jedoch auch Verbindungen aus verschiedenen, mit lokal an die jeweiligen Anforderungen angepassten Kunststoffen, von besonderem Interesse. Derartige Verbindungen, wie z.B. aus leistungsfähigen technischen Thermoplasten mit kostengünstigen Polyolefinen, sind derzeit im Vibrationsschweißprozess nicht oder nur bedingt herstellbar.Für Kunststoffe werden in unterschiedlichen Einsatzgebieten zunehmend höhere Anforderungen an ihre Eigenschaften gestellt, die oft nicht direkt auf dem Syntheseweg oder durch Füllstoffe und Additive realisiert werden können. Eine Möglichkeit, das Eigenschaftsspektrum von Thermoplasten zu erweitern, stellt die Vernetzung mit energiereicher Strahlung dar. In eigenen Untersuchungen konnten Hinweise dafür aufgezeigt werden, dass der Temperatureinfluss des Vibrationsschweißprozesses zu einer thermisch induzierten Nachvernetzung über die Grenzfläche hinweg führen kann. Damit stünde ein zusätzlicher Haftungsmechanismus beim Schweißen von Kunststoffen zur Verfügung.Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung von Grundlagenwissen zu werkstofflichen und prozesstech-nischen Einflüssen auf die Haftungsmechanismen beim Schweißen strahlenvernetzter Kunststoffe. Im Fokus steht hierbei die durch den Fügeprozess hervorgerufene Nachvernetzung im Schweiß-nahtbereich. Auf Basis der grundlegenden Mechanismen einer thermisch induzierten Nachvernet-zung sollen Fügestrategien abgeleitet werden, um eine Vernetzung als zusätzlichen Haftungsme-chanismus gezielt zu fördern. Dadurch wird es möglich, Materialkombinationen, die bisher nur mit geringen Festigkeiten oder gar nicht schweißbar sind, durch Schweißen miteinander zu verbinden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Kalorimeter
• Gerätegruppe: 8640 Kalorimeter und Heizwertschreiber (außer 865, 866)