Ein Verbundwerkstoff besteht grundsätzlich aus mindestens drei unterschiedlichen Bestandteilen, nämlich der Matrix, der verstärkenden Komponente sowie der dazwischen befindlichen Grenzfläche. Soll ein Verbundwerkstoff optimiert werden, so müssen stets alle diese Komponenten optimiert werden. Das Interface bestimmt dabei die Kraftübertragung von der Matrix auf die Faser (bei Faserverstärkten Kunststoffen). Ausschlaggebend für die Kraftübertragung ist die Festigkeit, die indirekt über die Haftung der Partner bestimmt werden kann. Diese Arbeit befasst sich mit der Optimierung der Haftung durch gezielte Modifikation im Plasma oder mit Hilfe der physikalischen Gasphasenabscheidung. Dabei wurden Aramidgewebe oberflächlich modifiziert und der Einfluss auf die Haftung untersucht.
Grundsätzlich konnte festgestellt werden, dass sich die benutzten Verfahren zur Verbesserung der Adhäsion eignen. Allerdings wurde erkannt, dass vor allem die Variation der Aktivierungszeit und des Gasflusses einen besonders hohen Einfluss auf die Oberflächenaktivität hatten. Die Plasmabehandlung bewirkt den Einbau von funktionellen Gruppen in die Faseroberfläche. Bei zunehmender Modifizierungzeit verändert sich die Rauheit der Faseroberfläche sichtbar. Die Beschichtung mit einem Metall beziehungsweise deren Oxide erhöhte auch die Haftfestigkeit des Verbundes. Allerdings konnte nur bei einer Titanbeschichtung ein mit der Plasmabehandlung vergleichbares Ergebnis erzielt werden. Die vorgeschaltete Plasmabehandlung konnte auch die Adhäsion bei den gecoateten Proben erhöhen, wobei Titanoxid eine Ausnahme bildete. Die Faseroberfläche wurde hinsichtlich der Rauheit durch die Beschichtung kaum verändert. Aber auch hier stellte mit einer vermehrten Dropletbildung die Silberbeschichtung eine Ausnahme dar.
Inhaltsverzeichnis
- Abstract
- Kurzzusammenfassung
- Danksagungen/Widmungen
- Abkürzungsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Motivation
- 1.2 Zielsetzung
- 2 Grundlagen
- 2.1 Verbundwerkstoffe
- 2.2 Aramidfasern
- 2.3 Epoxidharze
- 2.4 Grenzflächen
- 2.4.1 Arten von Grenzflächen
- 2.4.2 Einfluss der Grenzfläche
- 2.4.3 Bedeutung der Grenzfläche
- 2.5 Verfahren zur Oberflächenmodifizierung
- 2.5.1 Plasmabehandlung
- 2.5.2 Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD)
- 3 Experimentelle Vorgehensweise
- 3.1 Materialauswahl
- 3.1.1 Aramidgewebe
- 3.1.2 Epoxidharz
- 3.2 Plasmabehandlung
- 3.2.1 Dielektrisch behinderte Entladung (DBD)
- 3.2.2 Parameter der Plasmabehandlung
- 3.3 Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD)
- 3.3.1 Beschichtungsparameter
- 3.3.2 Beschichtungsmaterialien
- 3.4 Charakterisierung der Oberflächen
- 3.4.1 Rasterelektronenmikroskopie (REM)
- 3.4.2 Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS)
- 3.4.3 Kontaktwinkelmessung
- 3.5 Festigkeitsprüfung des Verbundes
- 3.5.1 Abzugstest
- 4 Ergebnisse und Diskussion
- 4.1 Einfluss der Plasmabehandlung auf die Adhäsion
- 4.2 Einfluss der PVD-Beschichtung auf die Adhäsion
- 4.3 Oberflächenanalyse
- 5 Zusammenfassung
- Literaturverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Arbeit zielt darauf ab, die Haftung zwischen Para-Aramid und Epoxidharz mittels Plasmabehandlung und physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) zu optimieren. Das Hauptziel ist die Verbesserung der Kraftübertragung vom Epoxidharz zur Aramidfaser durch eine effektivere Grenzfläche.
- Einfluss von Plasmabehandlung und PVD auf die Adhäsion zwischen Aramid und Epoxid
- Charakterisierung der Oberflächeneigenschaften von Aramidfasern nach der Behandlung
- Analyse der Grenzfläche zwischen Aramid und Epoxid nach der Behandlung
- Optimierung der Behandlungsparameter für eine maximale Haftfestigkeit
- Untersuchung des Einflusses der Beschichtung auf die Oberflächenrauheit und die Benetzungseigenschaften
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einleitung: Die Einleitung stellt die Motivation und die Zielsetzung der Arbeit dar. Sie beschreibt die Problematik der unzureichenden Haftung zwischen Aramid und Epoxidharz in Verbundwerkstoffen und die Notwendigkeit der Oberflächenmodifizierung.
- Kapitel 2: Grundlagen: Dieses Kapitel bietet einen Überblick über die relevanten Grundlagen. Es werden Verbundwerkstoffe, Aramidfasern, Epoxidharze, Grenzflächen und Verfahren zur Oberflächenmodifizierung wie Plasmabehandlung und PVD erläutert. Die Bedeutung der Grenzfläche für die Festigkeit und die Kraftübertragung im Verbundwerkstoff wird besonders hervorgehoben.
- Kapitel 3: Experimentelle Vorgehensweise: In diesem Kapitel werden die verwendeten Materialien, die experimentellen Methoden und die Charakterisierungsverfahren beschrieben. Es werden die verwendeten Aramidgewebe, das Epoxidharz, die Plasmabehandlungs- und PVD-Parameter sowie die Charakterisierungsmethoden wie REM, XPS und Kontaktwinkelmessung detailliert dargestellt. Der Abzugstest zur Bestimmung der Haftfestigkeit des Verbundes wird ebenfalls erläutert.
- Kapitel 4: Ergebnisse und Diskussion: Dieses Kapitel präsentiert und diskutiert die experimentellen Ergebnisse. Es werden die Auswirkungen der Plasmabehandlung und der PVD-Beschichtung auf die Adhäsion untersucht, die Oberflächeneigenschaften der behandelten Aramidfasern analysiert und die Grenzfläche zwischen Aramid und Epoxid nach der Behandlung betrachtet. Darüber hinaus werden die Auswirkungen der verschiedenen Behandlungsparameter auf die Haftfestigkeit diskutiert.
Schlüsselwörter
Para-Aramid, Epoxidharz, Verbundwerkstoff, Grenzfläche, Adhäsion, Plasmabehandlung, physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), Oberflächenmodifizierung, Rasterelektronenmikroskopie (REM), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Kontaktwinkelmessung, Haftfestigkeit, Abzugstest.
- Quote paper
- Ronny Claßen (Author), 2013, Optimierung der Haftung zwischen Para-Aramid und Epoxidharz mittels Plasmabehandlung und physikalischer Gasphasenabscheidung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/387549
