28.07.2010

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.

Strukturüberwachung in Verbundwerkstoffen: Grenzschichtsensor

Schema Funktion Grenzschichtsensor
Das Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden (IPF) präsentiert auf der K2010 (Halle 10, G33) einen neuartigen Ansatz für die Strukturüberwachung endlosglasfaserverstärkter Verbundwerkstoffe.
Durch die Verwendung elektrisch leitfähiger Carbon Nanotubes (CNT) in einem Beschichtungs¬system wird eine durchgängige Leitfähigkeit auf der Oberfläche von bisher nicht leitenden Glasfasern sowie in der Grenzschicht des Verbundes generiert. Wird der Verbundwerkstoff mechanisch belastet, so kommt es zu einer Deformation des CNT-Netzwerks, die eine messbare Widerstandsänderung bewirkt. Das eröffnet die Möglichkeit, irreversible Schädigungen der Verbundwerkstoffe, die durch eine Schädigung des Grenzschichtbereichs oder ein Versagen der Verstärkungsfasern hervorgerufen werden, durch die damit verbundene Änderung des Widerstands zu detektieren.
Beim Einsatz von Strukturbauteilen aus Faserverbundwerkstoffen kommt es aufgrund der textilen Architektur sowie der Dimensionen der Bauteile häufig zu unterschiedlich stark beanspruchten Bereichen mit lokal verschiedenen Dehnungen. Die Verwendung CNT-basierter Grenzschichtsensoren in endlosfaserverstärkten Verbundwerkstoffen bietet einen neuen, alternativen Ansatz zur Strukturüberwachung sowie frühzeitigen Defektidentifikation und -warnung. Die Einzelfasern, Garne oder Halbzeuge mit sensorischen Eigenschaften können lokal, entsprechend der im Bauteil zu erwartenden Beanspruchung im textilen Halbzeug eingesetzt werden. Aufgrund der matrixkompatiblen Beschichtung werden keine zusätzlichen Grenzflächen erzeugt, die einen potentiellen Schwachpunkt im Verbundwerkstoff darstellen können.