Thermisches Direktfügen: Metalle und Kunststoffe direkt verbinden

Kunststoffe und faserverstärkte Kunststoffe bekommen in der Produktion eine immer größere Bedeutung. Eigenschaften wie hohe Festigkeit bei geringem Gewicht machen sie für immer mehr Konstruktionen attraktiv, insbesondere im Automobilbau.

Die Herausforderungen liegen dabei an der Schnittstelle zum klassischen Werkstoff Metall. Kunststoffe ließen sich lange Zeit nicht direkt mit Metall verschweißen. Klebstoff muss aushärten, wodurch sich beim Kleben die Zeit bis zur Weiterverarbeitung erheblich verlängert. Die bei mechanischen Fügeverfahren meist erforderlichen Bohrungen oder Nieten können Schwachstellen darstellen und die Fasern von verstärkten Kunststoffen schädigen.

Thermisches Direktfügen: Die wirkungsvolle Alternative

Das von unserem Forschungspartner ISF entwickelte thermische Direktfügen bietet nun eine effiziente und wirkungsvolle Alternative zum Kleben oder Nieten.

Der metallische Fügepartner wird durch Widerstandserwärmung elektrisch erhitzt. Wird dieser nun mit dem Fügepartner aus Kunststoff zusammengebracht, schmilzt der Kunststoff auf und bildet unmittelbar nach dem Erstarren einen festen Verbund mit dem Metall.

Hochfeste und zuverlässige Verbindung

Zwischen Metall und Kunststoff werden schon durch den Stoffschluss hohe Verbundfestigkeiten erreicht. Bei Bedarf lässt sich die Festigkeit durch eine Vorbehandlung des Metalls weiter steigern. Beim Strukturieren mittels CMT-Pinstrukturen oder Elektronenstrahl entsteht so zusätzlich ein Formschluss.

Im Ergebnis sind an den Fügestellen Festigkeiten erreichbar, die über denen des eingesetzten Kunststoffs liegen. Da eine Verbindung über die gesamte Kontaktfläche entsteht und auch bei Verbundwerkstoffen keine Fasern geschädigt werden, verteilen sich die übertragenen Kräfte gleichmäßig – die beste Voraussetzung für eine zuverlässige Verbindung.

Hohe Fügegeschwindigkeit

Mit der beim thermischen Direktfügen verwendeten Widerstandserwärmung lassen sich hohe Fügegeschwindigkeiten erreichen. Im Vergleich zum Kleben fallen die Prozessschritte Klebstoffauftrag und Aushärten komplett weg. Unmittelbar nach dem thermischen Direktfügen ist die Verbindung voll belastbar und das Bauteil steht ohne Einschränkungen für den nächsten Produktionsschritt zur Verfügung.

Metall und Kunststoff kostengünstig fügen

Nachdem die Parameter des thermischen Direktfügens optimal eingestellt sind, lässt sich der Fügeprozess schnell und einfach reproduzieren. Die erforderlichen Investitionen sind vergleichsweise gering, teilweise können sogar bestehende Anlagen verwendet werden.

Die Prozessführung fest im Griff

Die große Herausforderung beim thermischen Direktfügen von Kunststoff und Metall besteht in der richtigen Prozessführung. Aus unseren intensiven Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten haben wir umfangreiche Erfahrungen in der Wahl der passenden Parameter gesammelt. So stellen wir sicher, dass in Ihrer Produktion Verbindungen zwischen Metall und Kunststoff mit hoher Festigkeit und großer Zuverlässigkeit entstehen.