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Kompetenznetzwerk für Nanosystemintegration

Projekttreffen, Chemnitz – 25.11.2010

Anwendung von Nanotechnologien für energieeffiziente Sensorsysteme

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Gliederung

Oberflächenenergie PVDF und Elektrodenmaterialien

Hinterspritzen der PVDF-Folie unter Verwendung einer Haftvermittlerfolie

Applikationen der PVDF-Folie in verschiedenen technischen Bereichen

Vor- und Nachteile der Applikationen

Randbedingungen und Hilfsmittel

Rohrprobekörper mit Smart-Tubes und Prüfeinrichtung

Ergebnisse und Zusammenfassung

Leitprojekt C – AP 7

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Oberflächenenergie für thermoplastischen Spritzgießprozess für PVDF und diverse Elektrodenmaterialien

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

PVDF nicht polarisiert -

keine Oberflächen-behandlung

PVDF nicht polarisiert -Oberflächen-behandlung Plasmaspot

PVDF nicht polarisiert -Oberflächen-behandlung

Coplanar-Plasma

PVDF nicht polarisiert -Oberflächen-behandlung

Corona

Silber -Elektrode auf PVDF

Chrom -Elektrode auf PVDF

Kupfer -Elektrode auf PVDF

Chrom/Gold - Elektrode

auf PVDF

Aluminium -Elektrode auf PVDF

σ gesamt [mN/m] 30,1 34,4 43,7 48,7 33,7 32,3 30,1 39,6 31,8

σd dispers [mN/m] 20,9 23,2 22,6 19,3 33,7 31,6 28,6 39,1 30,3

σp polar [mN/m] 9,2 11,2 21,1 29,4 0 0,7 1,5 0,5 1,5

σ[m

N/m

]

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Versuchsdurchführung mit TESA HAF (hitzeaktivierbare Folie)

HAF bestehend aus Mischung von Nitrilkautschuk und Phenolharz Fixieren der Proben im Werkzeug (Abb.2) bei Spritzvorgang wird HAF aktiviert, somit bleibt die PVDF-Folie am Werkstück haften (Abb.3)

AP 7.2.1 Hinterspritzen von PVDF-Folien

PVDFElektrodeTESA-HAF

PA6

Abb.1: Schichtaufbau

Abb.3: Folie auf Träger mit HAF

Abb.2: PVDF-Folie mit HAF im WZ fixiert

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Verkehrsmittel-Prüftechnik, Bsp. Lagerverschleiß

Prüfvorrichtung bei Belastungsversuch am Lager anbringen Belastungsversuch durchführen Auswertung der Lumineszenz der sensorischen Schicht

AP 7.?.? Applikation von PVDF-Folien

Biegebalken mit Sensorik

Sensorischer Biegebalken, mittels Klick-/Magnetvorrichtung befestigt

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Zentrierhilfe

Unwucht beim Einspannen oder im Fertigungsprozess Kalibriersensor via Sensorik im Biegebalken

AP 7.?.? Applikation von PVDF-Folien

Biegebalken mit Sensorik

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Sicherheitsverkleidung für Impact

Bsp. Motorradhelm

AP 7.?.? Applikation von PVDF-Folien

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Physiotherapie

Sensoreinsatz in Orthesen zur Detektion von Fehlbelastungen

AP 7.?.? Applikation von PVDF-Folien

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AP 7.?.? Applikation von PVDF-Folien

Randbedingungen

Hilfsmittel notwendig für:

• Detektion des Quantendot-Umschlags,

• Aussagen über Zeitraum der Beibehaltung des möglichen Effektes,

• Art und Weise die Quantendots im Feld lumineszieren zu lassen ?

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AP 7.?.? Applikation von PVDF-Folien

Nachteile der Applikationen

Belastung nur temporär nachweisbar (Relaxation der Quantendotstrahlung) in meisten Fällen optische Hilfsmittel notwendig (Brille/Kamera, Lichtquelle) Zugang zum Prüfobjekt muss gewährt sein ..

Vorteile der Applikationen

zerstörungsfreie Detektion Nach bestimmter Ruhephase (Relaxationszeit) wieder einsetzbar Einfache und schnelle Handhabung der Vorrichtungen (Klick-/Magnetmechanik) Einsatz ohne Auswerteelektronik möglich (subjektive optische Beurteilung) Auf elektronische Auswertung erweiterbar (optische Bildauswertung Kamerasystem) ..

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AP 7.3 Probekörperkonzept

Rohrprobekörper mit Smart-Tubes auf Epoxi-Folie

Fertigung von Rohrprobekörpern im Plexiglas-Schauwerkzeug Festigkeitsanalyseformen: Torsion, Torsion-Zug, Torsion-Druck, wahlweise mit Probekörper-

innendruck

Querschnitt Rohrprobekörper

Smart-Tube-Epoxi-Folie

Plexiglas-Schau-Werkzeug

Rohrprobekörper

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AP 7.3 Probekörperkonzept

Sensorintegration in Rohrprobekörpern

Z/D-T-Prüfung

Berechnung und Klassifikation räumlicher Belastungsarten und -richtungen an Standard-Rohrprobekörpern mit integrierter gestickter Sensorik

Kombinierte Belastung der Rohrprobekörper mittels Z/D-T-Prüfmaschine (Zwick/Roell Z250 mit Torsionsmodul)

Versagenskurve nach Cuntze in der (σ2, τ12)-Ebene

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Ergebnisse und Zusammenfassung

Nachweis hoher OF-Spannungen der Elektrodenmaterialien Gute Haftfestigkeiten zwischen PVDF-Folie und Trägermaterial mittels

eingesetzter TESA-HAF im thermoplastischen Spritzgießprozess Breites Feld für Applikationen vorgesehen Notwendige Hilfsmittel für Belastungsdetektion via Quantendots sind auf ein

Minimum zu begrenzen

Bestimmung der mechanischen Haftfestigkeit sowie die elektromechanische Charakterisierung der PVDF-Folie stehen noch aus

Einbindung der Smart-Tube-Epoxi-Folien in Rohrprobekörper wird folgen ..

AP 7.2/3