Das Kleben spielt in Industriezweigen wie der Autoindustrie, dem Maschinenbau oder dem Bauwesen eine wachsende Rolle. Mit einer Farbmarkierung wollen Ingenieurwissenschaftler der Universität Kassel nun Schäden bei geklebten Verbindungen frühzeitig sichtbar machen. Das Verfahren setzt dabei auf Mikrokapseln, die bei beginnenden Rissen in Klebstoffen eine fluoreszierende Flüssigkeit absondern.
Funktionsweise der Markierung
Für diese spezielle Markierung werden in strukturelle Industrie-Klebstoffe winzige, 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 Martin Kahlmeyer vom Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren unter der Leitung von Professor Stefan Böhm mit verschiedenen Klebstoffen ebenso wie mit verschiedenen Kugelgrößen und Farbstoffen. Johannes Scheel vom Fachgebiet Technische Mechanik/Kontinuumsmechanik unter der Leitung von Professor Andreas Ricoeur unterstützte die Experimente mit numerischen Simulationen und bruchmechanischen Untersuchungen.
Zeigen und heilen in einem
Auch den Herstellungsprozess der Farbkugeln optimierten die Wissenschaftler. Entscheidend war dabei, die sogenannten 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 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 durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert. Anschlussprojekte sollen das Verfahren zur Praxistauglichkeit weiterentwickeln. „Unsere Zielvorstellung ist es, einmal Kapseln zu entwickeln, die Mikrorisse nicht nur aufzeigen, sondern mit ihrer Flüssigkeit sofort ausheilen können“, blickt Scheel voraus.
