Kompetenznetzwerk für Nanosystemintegration Anwendung von Nanotechnologien für energieeffiziente Sensorsysteme Anbindung von Smart-Tubes an duroplastische Matrix und Untersuchung der Haftfestigkeit von PVDF an HAF Projekttreffen, Chemnitz – 18.10.2011 DI Heinrich, DI Gliniorz, DI Zielke

Leitprojekt C – AP 7 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

AP 7.6 Prozessanpassung Epoxydharz mit Glasfasern 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 rückseitig schlechte Anbindung Trägerfolie Epoxydharz mit Glasfasern Trägerfolie mit Smart-Tubes Epoxydharz mit Glasfasern Abb.1: Schichtaufbau Abb.2: Gerollter Smart-Tube auf Trägerfolie in Epoxy-Matrix Abb.3: Querschliffansicht der Trägerfolie in GFK

AP 7.7 Integration smarter Sensorschichten 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 Abb.4: Herstellung von Rohrprobekörper

AP 7.7 Integration smarter Sensorschichten Untersuchungen zur mechanischen Belastung Herstellung von Probekörpern aus Glasfaser-Kunststoffverbund Integrieren von Trägerfolien mit Smart-Tubes in Rohrprobekörper Durchführung Zug-Torsions-Versuch Abb.4: Zug/Torsionsversuch von Rohrprobekörper mit integrierter Smart-Tube-Folie

AP 7.7 Integration smarter Sensorschichten Charakterisierung Smart-Tubes bei mechanischer Belastung mechanische Belastung bis Bauteilbruch Drehmoment 352 Nm, Torsionswinkel über 75° Zugkraft 20 kN auf 7,6 mm Zugweg Abb.4: Zug/Torsionsversuch von Rohrprobekörper mit integrierter Smart-Tube-Folie

Abb.4: Smart-Tube-Folie nach mechanischer Belastung AP 7.7 Integration smarter Sensorschichten 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 Abb.4: Smart-Tube-Folie nach mechanischer Belastung

AP 7.7.3 Mechanische Charakterisierung Untersuchung Vernetzungsgrad HAF mittels DSC Versuchsreihe HAF im Spritzguss mit PA6 GF20

AP 7.7.3 Mechanische Charakterisierung Schälversuch HAF in Abhängigkeit der Spritzgießparameter Schälprüfung PA6 20% GF Abb.6: Parameter: WZ-Temp. (°C), Einspritzgeschwindigkeit (mm/s), Abkühldauer (s) 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

AP 7.7.3 Mechanische Charakterisierung Auswertung Schälversuch

AP 7.7.4 Charakterisierung/Klassifizierung Vorbereitung für Untersuchung der Piezoschicht 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

AP 7.6/7.7 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