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10.09.2018 | Verbindungstechnik | Nachricht | Onlineartikel

Farbstoffe sollen Schäden bei industriellen Klebverbindungen aufspüren

Autor:
Dr. Hubert Pelc

Mit einer Farbmarkierung wollen Ingenieurwissenschaftler der Universität Kassel Schäden bei geklebten Verbindungen frühzeitig sichtbar machen. Das Verfahren setzt auf Mikrokapseln, die bei beginnenden Rissen in Klebstoffen eine fluoreszierende Flüssigkeit absondern.


Das Kleben spielt in Industriezweigen wie der Autoindustrie, dem Maschinenbau oder dem Bauwesen eine immer größere Rolle. Prüfverfahren für das Aufspüren von betriebs- oder alterungsbedingten Rissen  sind jedoch sehr aufwendig – oder die Bauteile und Klebverbindungen werden bei der Prüfung gar zerstört. Ein Verfahren, das Ingenieurwissenschaftler der Universität Kassel verfeinert haben, könnte hier zukünftig Abhilfe schaffen. Dabei werden in strukturelle Industrieklebstoffe winzige, nur 20 bis 100 Mikrometer große Kapseln eingebracht, die einen Farbstoff enthalten. Treten im gehärteten Klebstoff Mikrorisse auf, zerstören diese auch die Kapseln. Der Farbstoff tritt aus und beginnt innerhalb des Klebstoffes zu fluoreszieren. Da der Klebstoff durchsichtig ist, kann dieses innere Leuchten (bei transparenten Fügepartnern) von außen unter UV-Licht sichtbar gemacht werden.
Im Rahmen des Projektes experimentierte Dipl.-Ing. Martin Kahlmeyer (Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren, Leitung Prof. Stefan Böhm) mit verschiedenen Klebstoffen ebenso wie mit verschiedenen Kugelgrößen und Farbstoffen. M.Sc. Johannes Scheel (Fachgebiet Technische Mechanik/Kontinuumsmechanik, Leitung Prof. Andreas Ricoeur) unterstützte die Experimente mit numerischen Simulationen und bruchmechanischen Untersuchungen.

Perspektive zur Verbesserung von Prüfverfahren

Auch den Herstellungsprozess der Farbkugeln optimierten die Wissenschaftler. Entscheidend war dabei, die so genannten Mikrokapseln durch Grenzflächen-Polymerisation möglichst dicht herzustellen und sie im Klebstoff so zu platzieren, dass sie bereits bei feinsten Rissen im Klebstoff ebenfalls reißen. Dabei baute die Forschungsgruppe auch auf Vorarbeiten anderer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf.

„Im Labor konnten wir bereits für einen Fluoreszenznachweis geeignete Kapseln herstellen und in Klebstoffen verteilen“, erklärt Kahlmeyer. Das Verfahren sei von einem Einsatz in der industriellen Fertigung noch ein Stück entfernt. Doch es eröffne Perspektiven, Prüfverfahren zu verbessern und die Sicherheit von optisch transparenten Verbindungen wie geklebten Glasstrukturen zu erhöhen.
Das Projekt lief über zwei Jahre und wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert. Anschlussprojekte sollen das Verfahren zur Praxistauglichkeit weiterentwickeln. „Unsere Zielvorstellung ist es, einmal Kapseln zu entwickeln, die Mikro-Risse nicht nur aufzeigen, sondern mit ihrer Flüssigkeit sofort ausheilen können“, blickt Scheel voraus.

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

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01.08.2018 | Rubriken | Ausgabe 7-8/2018

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