Inneres Leuchten soll Schäden bei industriellen Kleb-Verbindungen anzeigen
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.
Ein Riss bringt die Mikrokapseln zum Leuchten.
Uni Kassel
Das Kleben spielt in Industriezweigen wie der Autoindustrie, dem Maschinenbau oder dem Bauwesen eine wachsende Rolle. Prüfverfahren für das Aufspüren von betriebs- oder alterungsbedingten Rissen in derartigen Verbindungen sind jedoch sehr aufwendig – oder die Bauteile und Klebeverbindungen werden bei der Prüfung gar zerstört. Ein Verfahren, das Ingenieurwissenschaftler der Universität Kassel verfeinert haben, könnte hier zukünftig Abhilfe schaffen. Dabei werden in strukturelle Industrie-Klebstoffe 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, ist dieses innere Leuchten (bei transparenten Fügepartnern) von außen unter UV-Licht sichtbar.
Für das Projekt experimentierte Dipl.-Ing. Martin Kahlmeyer (Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren, Leitung Prof. Dr.-Ing. Stefan Böhm) mit verschiedenen Klebstoffen ebenso wie mit verschiedenen Kugelgrößen und Farbstoffen. M.Sc. Johannes Scheel (Fachgebiet Technische Mechanik/Kontinuumsmechanik, Leitung Prof. Dr.-Ing. Andreas Ricoeur) unterstützte die Experimente mit numerischen Simulationen und bruchmechanischen Untersuchungen.
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 Wissenschaftler auf.
„Im Labor konnten wir bereits für einen Fluoreszenznachweis geeignete Kapseln herstellen und in Klebstoffen verteilen“, erklärt Kahlmeyer. Das Verfahren ist von einem Einsatz in der industriellen Fertigung noch ein Stück entfernt. Doch es eröffnet Perspektiven, Prüfverfahren zu verbessern und die Sicherheit von optisch transparenten Verbindungen wie geklebten Glasstrukturen zu erhöhen.
Das Projekt lief über zwei Jahre und wurde gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft. 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.
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