Strukturelle Klebeverbindungen z. B. auf Epoxidbasis ermöglichen die Herstellung hybrider Werkstoffverbunde aus Aluminium und Faserverbundwerkstoffen, ohne den Faserverbund durch Bohrungen oder hohe Temperaturen zu schädigen. Allerdings sind derartige Verbindungen aufgrund irreversibler chemischer Prozesse beim Aushärten des Klebstoffs permanent, was für die Reparatur der Bauteile oder das Recycling der Werkstoffe problematisch ist. Strategien zur gezielten Trennung schließen die Verwendung funktionaler Additive wie z. B. physikalische oder chemische Treibmittel ein, die bei erhöhten Temperaturen expandieren, die Klebeverbindung gezielt schwächen und somit eine leichtere Trennung ermöglichen.

Die hier vorgestellte Studie untersucht die Funktionalisierung von Klebeverbindungen aus Aluminium (Al) und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) mit physikalischen Treibmitteln in Form thermisch expandierfähiger Partikel (TEP). Der Einfluss der Funktionalisierung auf die Trennbarkeit der Klebeverbindungen wird anhand der Zugscherfestigkeit vor und nach der thermischen Aktivierung sowie deren Bruchverhalten bewertet. Im Fokus der Untersuchungen steht der Vergleich unterschiedlicher Heizstrategien zur thermischen Aktivierung. Dabei vergleichen wir einen quasi-isothermen Ofenprozess mit einseitiger Wärmeeinbringung mittels IR-Strahlern und mit Ultraschall. Ziel ist es, den Einfluss der Funktionalisierung (z. B. Art und Konzentration der TEP im Klebstoff) und der thermischen Aktivierung (Heizmittel, Temperaturführung) auf die Trennbarkeit und das Versagensverhalten der Klebeverbindung sowie auf die Schädigung der Substrate zu untersuchen. Zudem untersuchen wir, inwiefern die Oberflächenbeschaffenheit der Fügepartner das Versagensverhalten bei der Trennung beeinflusst, weshalb Klebeverbindungen mit unbehandelten und strukturierten Substraten miteinander verglichen werden. Die Ergebnisse zeigen unter anderem, dass einseitige Heizstrategien – mutmaßlich aufgrund von Temperaturgradienten und thermischen Spannungen an den Grenzflächen – eine 15-20 % höheren Festigkeitsverlust erzielen als isotherme Verfahren. Weiterhin kann aufgezeigt werden, dass bereits durch die Einbringung von 10 wt.-% TEP in Kombination mit optimalen Prozessparametern eine vollständige Trennung der Klebeverbindungen ohne messbare Restfestigkeit ermöglicht wird. Dabei reduziert sich die Ausgangsfestigkeit vor thermischer Aktivierung im Vergleich zu Referenzproben ohne TEP lediglich um 11 %.