T. Meer

Im Rahmen des Projektes FFS (Fortschrittliche Flugzeugstrukturen) wird die Möglichkeit von Atmosphärendruck Plasma (APP) als alternatives Vorbehandlungsverfahren für geklebte, strukturell tragende CFK Bauteile untersucht. Die Ergebnisse werden anhand von Kontaktwinkelmessungen, XPS Analysen, DCB Proben und REM Bildern bewertet. Als Oberflächen kam CFK nach Abzug unterschiedlicher Peel Plies zum Einsatz, welche durch Kohlenwasserstoffeverbindungen, Poly-dimethylsiloxan (PDMS) oder Flourkohlenwasserstoffverbindungen (PTFE) trennende Funktionen aufweisen und entsprechende Rückstände hinterlassen. Es zeigte sich, dass mit APP bei allen Oberflächen gute Klebungen hergestellt werden können, die auch extremen Alterungsbedingungen widerstehen können. Durch Überprüfung relevanter Prozessparameter ließ sich ein gewisses Prozessfenster des Düsenabstandes ermitteln. Bei der Verwendung von siloxanhaltigen Trennmedien kommt es bei der APP Behandlung zu einer chemischen Umwandlung des Siloxans in Silikat Produkte. Jedoch konnte dies nicht zu 100% über die gesamte Oberfläche realisiert werden. Wodurch immer einige Siloxanreste in Form von Inseln auf der Oberfläche verbleiben. Bei der Verwendung von Flourkohlenwasserstoff haltigen Trennfolien ließe sich zwar eine weitestgehend fluorfrei Oberfläche durch APP erzeugen, jedoch lösen sich diese Trennfolien fast von selbst von den CFK Oberflächen, weshalb diese nicht als Transportschutz oder während NDT Methoden (Wasserultraschall) auf den CFK Bauteilen verbleiben können. Ein Peel Ply, basierend auf Kohlenwasserstoffen, haftet im Gegensatz gut auf den CFK Oberflächen und kann zudem sehr sicher APP behandelt werden. Zudem sind sie ebenso gut für heißhärtende Filmklebstoffe als auch 2-komponenten Epoxidharzklebstoffe geeignet. Letztendlich konnte gezeigt werden, dass eine mehrfache Behandlung durchaus möglich ist, jedoch sich kaum weitere Verbesserung erzielen lassen.

Within the framework of the FFS (Advanced Aircraft Structures) project, the feasibility of atmospheric pressure plasma (APP) as an alternative pretreatment method for bonded, structurally load-bearing CFRP components is being investigated. The results are evaluated using contact angle measurements, XPS analyses, DCB samples, and SEM images. CFRP surfaces were used after the removal of various peel plies, which exhibit separating properties due to hydrocarbon compounds, polydimethylsiloxane (PDMS), or fluorocarbon compounds (PTFE), leaving corresponding residues. It was found that good bonds can be produced with APP on all surfaces, bonds that can withstand even extreme aging conditions. By verifying relevant process parameters, a certain process window for the nozzle distance could be determined. When using siloxane-containing release agents, the APP treatment results in a chemical conversion of the siloxane into silicate products. However, this conversion could not be achieved completely across the entire surface, leaving some siloxane residues in the form of islands. While the use of fluorocarbon-containing release films allows for the creation of a largely fluorine-free surface through APP (Applied Ceramic Laminate), these films detach almost spontaneously from the CFRP (carbon fiber reinforced polymer) surfaces. Therefore, they cannot remain on the CFRP components as transport protection or during NDT (non-destructive testing) methods. In contrast, a peel ply based on hydrocarbons adheres well to CFRP surfaces and can also be treated very reliably with APP. Furthermore, they are equally suitable for heat-curing film adhesives and two-component epoxy resin adhesives. Ultimately, it was demonstrated that multiple treatments are indeed possible, but further improvements are hardly achievable.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2014, Augsburg

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2015

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 7 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2015012213455

CFK, strukturelles Kleben

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16.01.2015