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Seite 1 Heinrich, Zielke, Gliniorz TU Chemnitz, SLK 18.10.2011 Kompetenznetzwerk für Nanosystemintegration Projekttreffen, Chemnitz – 18.10.2011 DI Heinrich,

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1 Seite 1 Heinrich, Zielke, Gliniorz TU Chemnitz, SLK Kompetenznetzwerk für Nanosystemintegration Projekttreffen, Chemnitz – DI 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

2 Seite 2 Heinrich, Zielke, Gliniorz TU Chemnitz, SLK Gliederung Grenzflächenuntersuchung Querschnitt Smart-Tube-Epoxy-Verbund Untersuchungen zur mechanischen Belastung Mechanische Charakterisierung im Schälversuch nach DIN EN Auswertung des Schälversuchs nach DIN EN Vorbereitung für Untersuchung der Piezoschicht Ergebnisse und Zusammenfassung Leitprojekt C – AP 7

3 Seite 3 Heinrich, Zielke, Gliniorz TU Chemnitz, SLK 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

4 Seite 4 Heinrich, Zielke, Gliniorz TU Chemnitz, SLK 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

5 Seite 5 Heinrich, Zielke, Gliniorz TU Chemnitz, SLK 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

6 Seite 6 Heinrich, Zielke, Gliniorz TU Chemnitz, SLK 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

7 Seite 7 Heinrich, Zielke, Gliniorz TU Chemnitz, SLK 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

8 Seite 8 Heinrich, Zielke, Gliniorz TU Chemnitz, SLK Untersuchung Vernetzungsgrad HAF mittels DSC Versuchsreihe HAF im Spritzguss mit PA6 GF20 AP Mechanische Charakterisierung

9 Seite 9 Heinrich, Zielke, Gliniorz TU Chemnitz, SLK Schälversuch HAF in Abhängigkeit der Spritzgießparameter Schälprüfung PA6 20% GF Abb.6: Parameter: WZ-Temp. (°C), Einspritzgeschwindigkeit (mm/s), Abkühldauer (s) AP 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

10 Seite 10 Heinrich, Zielke, Gliniorz TU Chemnitz, SLK Auswertung Schälversuch AP Mechanische Charakterisierung

11 Seite 11 Heinrich, Zielke, Gliniorz TU Chemnitz, SLK Vorbereitung für Untersuchung der Piezoschicht AP 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

12 Seite 12 Heinrich, Zielke, Gliniorz TU Chemnitz, SLK 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


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