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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
Seite 6Heinrich, Zielke, GliniorzTU Chemnitz, SLK18.10.2011
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