Seite 1Heinrich, Zielke, GliniorzTU Chemnitz, SLK18.10.2011

Kompetenznetzwerk für Nanosystemintegration

Projekttreffen, Chemnitz – 18.10.2011DI Heinrich, DI Gliniorz, DI Zielke

Anwendung von Nanotechnologien für energieeffiziente Sensorsysteme

Anbindung von Smart-Tubes an duroplastische Matrix und Untersuchung der Haftfestigkeit von PVDF an HAF

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Gliederung

Grenzflächenuntersuchung Querschnitt Smart-Tube-Epoxy-Verbund

Untersuchungen zur mechanischen Belastung

Mechanische Charakterisierung im Schälversuch nach DIN EN 28510-2

Auswertung des Schälversuchs nach DIN EN 28510-2

Vorbereitung für Untersuchung der Piezoschicht

Ergebnisse und Zusammenfassung

Leitprojekt C – AP 7

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Grenzflächenuntersuchung Querschnitt Smart-Tube-Epoxy-Verbund

Smart-Tube-Trägerfolie in Glasfaser-Kunststoff-Verbund (GFK) integriert (Abb.1) Gerollte Smart-Tubes werden von duroplastischer Epoxydharzmatrix eingeschlossen sehr gute Anbindung der Smart-Tubes auf der Trägerfolie (Abb.2) Rückseite der Trägerfolie (PET) weist keine ausreichende Anbindung zum Epoxydharz auf (Abb.3) Daher keine Belastungstests mit vorliegenden Smart-Tube-Folien möglich Vorherige Oberflächenaktivierung z.B. durch Corona Behandlung notwendig

AP 7.6 Prozessanpassung

Epoxydharz mit Glasfasern

Trägerfolie mit Smart-Tubes

Abb.1: Schichtaufbau Abb.3: Querschliffansicht der Trägerfolie in GFK

Abb.2: Gerollter Smart-Tube auf Trägerfolie in Epoxy-Matrix

rückseitig schlechte Anbindung

Trägerfolie

Epoxydharz mit Glasfasern

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Untersuchungen zur mechanischen Belastung

Herstellung von Probekörpern aus Glasfaser-Kunststoffverbund Integrieren von Trägerfolien mit Smart-Tubes in Rohrprobekörper Definition von mechanischen Belastungsparametern Herstellen von Prüfaufnehmern für Zug-Druck-Torsions-Versuche Charakterisierung der Smart-Tubes bei mechanischer Belastung steht noch aus

AP 7.7 Integration smarter Sensorschichten

Abb.4: Herstellung von Rohrprobekörper

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Untersuchungen zur mechanischen Belastung

Herstellung von Probekörpern aus Glasfaser-Kunststoffverbund Integrieren von Trägerfolien mit Smart-Tubes in Rohrprobekörper Durchführung Zug-Torsions-Versuch

AP 7.7 Integration smarter Sensorschichten

Abb.4: Zug/Torsionsversuch von Rohrprobekörper mit integrierter Smart-Tube-Folie

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Charakterisierung Smart-Tubes bei mechanischer Belastung

mechanische Belastung bis Bauteilbruch Drehmoment 352 Nm, Torsionswinkel über 75° Zugkraft 20 kN auf 7,6 mm Zugweg

AP 7.7 Integration smarter Sensorschichten

Abb.4: Zug/Torsionsversuch von Rohrprobekörper mit integrierter Smart-Tube-Folie

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Auswertung Smart-Tubes bei mechanischer Belastung

Bauteilbruch erfolgte durch Smart-Tube-Trägerfolie Glasfasern an Bruchstelle sichtbar, behindern aber Sicht auf Smart-Tubes keine zerstörten Tubes sichtbar, da Anzahl an gerollten Tubes sehr gering

AP 7.7 Integration smarter Sensorschichten

Abb.4: Smart-Tube-Folie nach mechanischer Belastung

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Untersuchung Vernetzungsgrad HAF mittels DSC

Versuchsreihe HAF im Spritzguss mit PA6 GF20

AP 7.7.3 Mechanische Charakterisierung

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Schälversuch HAF in Abhängigkeit der Spritzgießparameter

Schälprüfung PA6 20% GF

Abb.6: Parameter: WZ-Temp. (°C), Einspritzgeschwindigkeit (mm/s), Abkühldauer (s)

AP 7.7.3 Mechanische Charakterisierung

WZ-Temperatur entscheidender Parameter für Schälkraftergebnis durchschnittliche Schälkraft unterscheidet beim Spritzgießen um Faktor 2 Schlussfolgerung: opt. WZ-Temp. für hohe Schälkraft notwendig

Ergebnis: Notwendigkeit einer spezifischen WZ-Temp. im Anwendungsfall

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Auswertung Schälversuch

AP 7.7.3 Mechanische Charakterisierung

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Vorbereitung für Untersuchung der Piezoschicht

AP 7.7.4 Charakterisierung/Klassifizierung

Abb.10: Biegebalken mit Piezofolie und Elektrodenschicht für Funktionstest

Aufbau für kontaktierte Piezofolien zur Simulation dynamischer Lastwechsel Auswerteelektronik wird an das Ausgangssignal angepasst Optische Kalibrierung ermöglicht genaue Messwerte der resultierenden Dehnung bei

kleiner Auslenkung

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Ergebnisse und Zusammenfassung

Belastungstests der Smart Tubes in GFK erfordert gute Schichtanbindung der Trägerfolie, Anbindung derzeit unzureichend

Verschiedene Verfahren zur Aktivierung der Oberflächen untersuchen

Einbindung der Smart-Tubes mittels Epoxidharzträgerfolien in Rohrprobekörper folgt

Anbindung zwischen Smart-Tubes und der Epoxyd-Matrix wurde erfolgreich nachgewiesen

Prüfstand für Rohrprobekörper zur Torsions- Zugbelastung wird erprobt

Bestimmung der mechanischen Haftfestigkeit der PVDF-Folie mit HA-Trägerfolie wurde vorgenommen

Haftung für verwendetet Foliendicke ausreichend

für Belastungstest: Trägerfolie mit hoher Ausbeute an gerollten Smart-Tubes erforderlich

für Demonstratorbau: polarisierte PVDF-Folien mit beidseitiger Kontaktierung notwendig

AP 7.6/7.7