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C: Integrative Bauelemente

C04 – Sensorische Hochleistungsfasergelege, -gewebe und transparente Faser-Matrixkomposite

Ziel des Forschungsteilprojekts C04 ist es sensorische und transparente Faser-Matrix-Kompositmaterialien herzustellen.

Im Gegensatz zu faserverstärkten Matrixsystemen ist der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen mit zusätzlichen Funktionen im Leichtbau ein unerforschtes Feld. Die zusätzlichen Funktionen, die dazu in die Fasern, Gewebe oder Gelege, sowie in die Polymermatrix integriert werden, können sensorischer oder transparenter Natur sein.

Ziel des Forschungsteilprojekts C04 ist es sensorische und transparente Faser-Matrix-Kompositmaterialien herzustellen.

Im vorliegenden Teilprojekt C04 werden folgende Fragestellungen erforscht:

  • Wie kann eine zusätzliche sensorische Komponente in existierende, rein mechanische Faser-Matrix-Verbünde integriert werden?
  • Auf welche Weise lassen sich transparente Faser-Matrix-Komposite herstellen?

Die sensorischen Faser-Matrix-Kompositmaterialien sollen durch geeignete mechanische Kennwerte ausgestattet werden und in der Lage sein, kleine Deformationen oder ein Teilversagen des Faser-Matrix-Komposits zu erkennen und die Information weiterzuleiten. Dazu sollen die sensorischen Strukturen Veränderungen kontinuierlich als elektronische Signale detektieren.

Mittels VARI-Verfahren hergestellte Faser- Matrix-Komposite (Glasfasern/Epoxymatrix): Röntgentomographische Darstellung (c) IPOC
Mittels VARI-Verfahren hergestellte Faser- Matrix-Komposite (Glasfasern/Epoxymatrix): Röntgentomographische Darstellung

Eine zusätzliche sensorische Komponente lässt sich auf zwei Arten in die rein mechanischen Faser-Matrix-Verbünde integrieren. Eine Möglichkeit ist es, Fasergelege oder Gewebe im Rahmen eines Inkjet- oder Siebdruckprozesses mit leitfähigen Leiterbahnen, Leiterstrukturen oder piezoelektrischen Materialien zu bedrucken. Dadurch lassen sich an unterschiedlichen Positionen des Komposits beispielsweise Leitfähigkeiten oder kapazitive Widerstände abfragen, die sich im Deformations- oder Schadensfall verändern. Alternativ kann die Polymermatrixoberfläche des Faserverbundwerkstoffes mittels eines Siebdruckverfahrens mit leitfähigen Interdigitalstrukturen sensorisch modifiziert werden.

Ein weiteres Ziel dieses Forschungsteilprojekts ist es, transparente Faser-Matrix-Komposite herzustellen. Vor allem im Sichtbereich von Fassadenelementen würden die transparenten Hochleistungsfasern die mechanische Belastbarkeit steigern. Dazu ist es nötig, die Brechungsindices des duroplastischen Matrixpolymers und des Fasermaterials anzupassen. Das Teilprojekt zielt außerdem darauf ab, eine teilkristalline Matrix mit geringen Kristallitdurchmessern oder eine voll amorphe, glasartige Matrix zu erschaffen.

Um die Ziele des Teil- sowie des Gesamtprojekts zu erreichen, interagiert der Bereich C04 mit einer Vielzahl anderer Teilprojekte. Als ein Ergebnis werden beispielsweise prozessrelevante Bilanzierungsdaten für die LCA an das Teilprojekt D02 geliefert.

Mittels VARI-Verfahren hergestellte Faser- Matrix-Komposite (Glasfasern/Epoxymatrix): Querschnitt (c) IPOC
Mittels VARI-Verfahren hergestellte Faser- Matrix-Komposite (Glasfasern/Epoxymatrix): Querschnitt

Teilprojektleiter

  • Prof. Dr. rer. nat. habil. Michael R. Buchmeiser, Institut für Polymerchemie

Ansprechperson

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Dr.

Yavuz Caydamli

Wissenschaftlicher Mitarbeiter