Experimentelle Untersuchungen zu TPU-zähmodifizierten verklebten Faserverbundwerkstoffen

Kurzfassung

Ziel dieser Bachelorarbeit war die experimentelle Untersuchung der Wirksamkeit thermo-plastischen Polyurethans (TPU) als Oberflächenzähmodifikation für strukturelle Klebverbindungen mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Nach einer umfassenden Literaturrecherche zu relevanten Fertigungsprozessen, Materialien und Vorbehandlungen erfolgten systematische Vor- und Hauptversuche. Im Fokus der Vorversuche stand der Einfluss einer Corona-Vorbehandlung auf die Adhäsion von TPU-Folien auf CFK-Substraten. Die Ergebnisse zeigten, dass eine gesteigerte Oberflächenenergie zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit um bis zu 20 % führt. Die Haupt-versuche mit Single-Lap-Shear-(SLS-)Proben analysierten die potentielle festigkeitssteigernde Wirkung der TPU-Oberflächenzähmodifikation im Vergleich zu etablierten Materialien wie Polyvinylidenfluorid (PVDF). TPU zeigte insbesondere bei -55 °C eine höhere Festigkeit als PVDF bei -55 °C, was auf eine verbesserte Performance bei niedrigen Temperaturen – etwa im Luftfahrtbereich – hinweist. Bei Raumtemperatur erreichte TPU aller-dings eine geringere Festigkeit als PVDF. Die überwiegend kohäsiven Versagensbilder sowie die temperaturabhängigen Veränderungen des Steifigkeitsverhältnisses zwischen TPU und Klebstoff belegen die Komplexität des mechanischen Wirkprinzips. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Effektivität von zähmodifizierenden Materialien von der Duktilität derer und der Klebstoffe abhängig ist.