Fiedler, BodoBodoFiedler1202622580000-0002-2734-1353Harder, SergejSergejHarder2020-11-232020-11-232020Technisch-wissenschaftliche Schriftenreihe / TUHH Polymer Composites 38 (2020)http://hdl.handle.net/11420/7893Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) werden in erheblichem Umfang als Werkstoff für Flugzeugstrukturen eingesetzt. Während ihrer Lebensdauer können Flugzeugstrukturen Schäden erleiden, die zur Wahrung der Flugsicherheit repariert werden müssen. Die leichtbau- und werkstoffgerechte Klebeschäftreparatur wird durch Entfernen des beschädigten Materials durch Fräsen und das anschließende Aufbringen eines Reparaturflickens hergestellt. Ein kritischer Schritt hierbei ist die Oberflächenbehandlung. In dieser Arbeit wurden die Auswirkungen der Nahinfrarot(N-IR)-Laser-Oberflächenbehandlung auf die Klebeigenschaften von gefrästem CFK untersucht. Die Laserbehandlung ist in der Lage, unerwünschte Fräspartikel von der Oberfläche zu entfernen. Dadurch wurde eine signifikante Steigerung der Klebfestigkeit erreicht. Zusätzlich bewirkt die Laserbehandlung eine Freilegung der Fasern. Dies verbessert die Klebfestigkeit gegenüber dem bereits hohen Wert des Referenzprozesses. Die Erhöhung der Rauheit und Vergrößerung der Oberfläche wird als treibender Mechanismus hinter der weitergehenden Verbesserung gesehen. Im Gegensatz zum Referenzverfahren ist die Laserbehandlung in der Lage, Kontaminationen zu entfernen. Die Entfernung von Kontaminationen ist ein wesentlicher Vorteil der Laserbehandlung angesichts des hohen Risikos, das von diesen ausgeht. Obwohl keine Hinweise auf eine Funktionalisierung beobachtet wurden, zeigt die Oberfläche eine hohe Funktionalität ohne Verunreinigungen und ist daher für eine Klebung geeignet. Der wesentliche Nachteil des Verfahrens ist die Wechselwirkung zwischen der Matrix und dem N-IR-Laser und die daraus resultierende Bildung von Kavitäten unter matrixreichen Bereichen. Die Kavitäten können nur teilweise gefüllt werden und könnten ein Versagen der Klebung verursachen. Dennoch konnte bei allen getesteten Konfigurationen eine Steigerung der Klebfestigkeit gegenüber dem Referenzprozess erreicht werden. Dies zeigt das hohe Potenzial der N-IR-Laserbehandlung für Composite-Reparaturen.Carbon fibre reinforced polymers (CFRP) are widely used as a material for aircraft structures. During their lifetime, aircraft structures can be subject to damages that have to be repaired to maintain aircraft safety. For a lightweight and material-efficient repair, the scarf bonded joint is the preferred solution. The scarf bonded joint is produced by removing the damaged material by milling and the application of a repair patch through adhesive bonding. A critical step during the adhesive bonding process is surface treatment since it significantly influences the bond strength. This work investigates the effects of near-infrared (N-IR) surface treatment on the adhesive properties of milled CFRP. The laser treatment is able to remove disruptive milling debris from the surface. As a result, a significant increase in bond strength is achieved. Furthermore, the laser treatment is able to strip the fibres. The fibre stripping improves the bond strength compared to the already high standard of the reference process. The increase of the roughness and surface area is seen as the driving mechanism behind the further improvement. Opposed to the reference process, laser treatment is additionally capable of removing contaminations. The removal of contaminations is a considerable advantage of laser treatment, given the severe risk that is posed by contaminations. Though no clear evidence of a functionalisation was found, the chemical composition shows a high functionality without any contaminations and is therefore suitable for adhesive bonding. The main downside of the process is the physically induced interaction between the epoxy resin matrix and the N-IR laser and the consequential formation of cavities under matrix-rich areas. The cavities, though comparably small, can only be partially filled and could induce failure in the bond. Nevertheless, for all tested scarf ratios and lay-ups, an increase of the bond strength compared to the reference process was achieved. This shows the high potential of N-IR laser treatment for composite repair applications.enhttp://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/CFRPrepairsurface treatmentlaser treatmentscarf bondbonded jointsAerospaceepoxyadhesive bondTechnikIngenieurwissenschaftenDoctoral Thesis10.15480/882.309110.15480/882.3091Hintze, WolfgangWolfgangHintzeOther