Simulation des Versagensverhaltens und Auslegung von Mikrokapseln in Klebstoffen zur frühzeitigen Schadensdetektion

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Böhm; Professor Dr.-Ing. Andreas Ricoeur
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 284427521

Das Fügen durch den Einsatz von Klebstoffen bietet im Vergleich zu anderen Verfahren zahlreiche Vorteile, aufgrund derer das Kleben eine signifikante Rolle in Schlüsselindustrien wie Fahrzeug- und Maschinenbau erlangt hat. Ein wichtiger Aspekt bei der Auslegung von geklebten Strukturen ist die zuverlässige Überprüfung von sicherheitsrelevanten Parametern wie Festigkeit und das Alterungsverhalten an Realbauteilen. Diese(Schadens-)Detektion ist allerdings stark eingeschränkt, da die Vielzahl an Untersuchungsmethoden den zerstörenden Prüfverfahren zugeordnet wird, und auch zerstörungsfreie, fertigungsbegleitende Methoden keinerlei Aussagen über die Lebensdauer eines Bauteils unter Belastung zulassen.Durch die Anwendung von Klebstoffen, die Mikrokapseln mit Farbstoffen als visuelle Indikatoren enthalten, kann das Versagen einer Klebverbindung auf einfachem Wege erfolgen: Bei Auftreten eines Risses in der Klebschichtwerden die eingearbeiteten Mikrokapseln ebenfalls beschädigt und der detektierbare Farbstoff freigesetzt. Der Rissverlauf selbst ist dabei stark abhängig von den Inhomogenitäten (Mikrokapseln) in der Klebschicht. Daherist ein Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes die Schädigungsmechanische Simulation von Anrissbildung und Rissfortschritt im dreidimensionalen Netzwerk der Klebschicht. Ferner wird die Ermittlung von für die Simulationen benötigten Kennzahlen im Vordergrund stehen. Um die Rissfortschritts¬beobachtung mittels bruchmechanischer Probenkörper zu ermöglichen, finden Systeme aus transparenten Substraten Cycloolefin-Copolymer und Polycarbonat), die mit durchsichtigen Klebstoffen (z.B. Epoxidharzen, Silikonen, Acrylaten und Polyurethanen) gefügt werden, Anwendung. Die benötigten Mikrokapseln werden mittelsGrenzflächenpolymerisation hergestellt und deren Morphologie, Wandstärke und Größenverteilung untersucht.Durch die Variation von Reaktionsbedingungen und Ausgangsmaterialien sind Kapseln unterschiedlichster Parameter zugänglich, die die Grundlage bilden für die anschließende Überprüfung der Simulationsergebnisse

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen