Vibrationsfügen von duroplastischen Faserverbunden mit abrasiven Schmelzklebstoffen auf Basis von Polyamid 6

The vibration joining process is a modification of hot-melt bonding, which melts the thermoplastic hot melt and creates the joint to the substrate with the help of the vibratory motion of a vibration welding machine. Abrasive fillers added to the thermoplastic, e.g. glass fibres or aluminium oxide, cause a roughening of the substrate surface. Parts of the substrate reinforcement are exposed. The molten thermoplastic can penetrate these fibres and undercuts to build up a clawing structure. This leads to an increase in the joints tensile strength compared to conventionally bonded hot-melt joints. The influence of thermoplastic fillers and the viscosity of the thermoplastic on the formation and the strength of the joint were investigated in this work. A supplementary FEM analysis was carried out to estimate the heating rates of the thermoplastic by internal and external friction in the early process phases. The fillers show a high influence on the joint strength. For every filler used a critical mass fraction exists that leads to the development of the described abrasion and to the strength improving effect of clawing. Lubricating fillers like carbon black or glass beads decrease the abrasion effect and lead to a lower joint strength.Das Vibrationsfügen ist ein Schmelzklebeverfahren, welches den thermoplastischen Schmelzklebstoff mit Hilfe der Schwingungsenergie einer Vibrationsschweißmaschine aufschmilzt und mit dem Substrat verbindet. Ein zugegebener abrasiver Füllstoff, wie z.B. Glasfasern oder Aluminiumoxid sorgt für eine Aufrauung der Substratoberfläche. Es werden Teile der Faserverstärkung des Substrates freigelegt. Der schmelze¬flüssige Thermoplast kann die Fasern und Rautiefen durchdringen und sich verkrallen, was zu einer deutlichen Festigkeitssteigerung gegenüber herkömmlichen Schmelzklebeverbindungen führt. Zur näheren Charakterisierung des Verfahrens wurden die Einflüsse von Füllstoffen im Thermoplasten und der Thermoplastviskosität systematisch untersucht. Eine ergänzende FEM-Simulation dient zur Abschätzung der Anteile der Erwärmung des Thermoplasten durch äußere und innere Reibung in den frühen Prozessphasen. Die Füllstoffe zeigen deutliche Auswirkungen auf die Verbindungsfestigkeit. Für jeden der eingesetzten abrasiven Füllstoffe existiert ein kritischer Masseanteil, ab dem die oben beschriebene Abrasion stattfindet und zur Festigkeitssteigerung beitragen kann. Schmierende Füllstoffe wie Ruß oder Glashohlkugeln vermindern den Effekt und setzen die Klebfestigkeit herab

Vibration joining of fibre reinforced thermosets with abrasive polyamide hot-melts

Das Vibrationsfügen ist ein Schmelzklebeverfahren, welches den thermoplastischen Schmelzklebstoff mit Hilfe der Schwingungsenergie einer Vibrationsschweißmaschine aufschmilzt und mit dem Substrat verbindet. Ein zugegebener abrasiver Füllstoff, wie z.B. Glasfasern oder Aluminiumoxid sorgt für eine Aufrauung der Substratoberfläche. Es werden Teile der Faserverstärkung des Substrates freigelegt. Der schmelze¬flüssige Thermoplast kann die Fasern und Rautiefen durchdringen und sich verkrallen, was zu einer deutlichen Festigkeitssteigerung gegenüber herkömmlichen Schmelzklebeverbindungen führt. Zur näheren Charakterisierung des Verfahrens wurden die Einflüsse von Füllstoffen im Thermoplasten und der Thermoplastviskosität systematisch untersucht. Eine ergänzende FEM-Simulation dient zur Abschätzung der Anteile der Erwärmung des Thermoplasten durch äußere und innere Reibung in den frühen Prozessphasen. Die Füllstoffe zeigen deutliche Auswirkungen auf die Verbindungsfestigkeit. Für jeden der eingesetzten abrasiven Füllstoffe existiert ein kritischer Masseanteil, ab dem die oben beschriebene Abrasion stattfindet und zur Festigkeitssteigerung beitragen kann. Schmierende Füllstoffe wie Ruß oder Glashohlkugeln vermindern den Effekt und setzen die Klebfestigkeit herab.The vibration joining process is a modification of hot-melt bonding, which melts the thermoplastic hot melt and creates the joint to the substrate with the help of the vibratory motion of a vibration welding machine. Abrasive fillers added to the thermoplastic, e.g. glass fibres or aluminium oxide, cause a roughening of the substrate surface. Parts of the substrate reinforcement are exposed. The molten thermoplastic can penetrate these fibres and undercuts to build up a clawing structure. This leads to an increase in the joints tensile strength compared to conventionally bonded hot-melt joints. The influence of thermoplastic fillers and the viscosity of the thermoplastic on the formation and the strength of the joint were investigated in this work. A supplementary FEM analysis was carried out to estimate the heating rates of the thermoplastic by internal and external friction in the early process phases. The fillers show a high influence on the joint strength. For every filler used a critical mass fraction exists that leads to the development of the described abrasion and to the strength improving effect of clawing. Lubricating fillers like carbon black or glass beads decrease the abrasion effect and lead to a lower joint strength