Dielektrische Sensoren

Vernetzte Kunststoffe werden für Schichtverbunde wie Beschichtungen und Klebverbindungen sowie für Faserverbunde (FVK: Faserverbundkunststoffe) wie z. B. CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) eingesetzt. Für die messtechnische Erfassung des Herstellungsprozesses dieser Materialien und auch ihres Langzeitverhaltens haben sich Methoden mit Potentialanregung wie die Impedanzspektroskopie bewährt. So kann man z. B. die Polymerisation eines Bauteils aus CFRP mit einem eingebetteten dielektrischen Sensor überwachen. Beim Vorgang der Polymerisation wird die Bewegung von Ionen inhibiert, was zu einer Veränderung der Permittivität und der resistiven Eigenschaften des Materials führt. Diese Messungen erlauben es, den Vorgang der Aushärtung im laufenden Prozess zu überwachen, um so durch ein Online Process Monitoring (OPM) eine gleichbleibende Qualität zu garantieren und die Prozesszeiten zu minimieren. Sensorelemente für diese Aufgabe sind verfügbar, allerdings sind diese relativ groß, so dass sie im Material einen Fremdkörper darstellen, der im Dauerbetrieb eines Bauteils nicht toleriert werden kann. Deswegen sind mit diesen Sensoren nur Laborversuche für die Bauteilentwicklung möglich. Wären die Sensoren sehr klein und gut an die Polymermatrix angepasst, so sollte man die Sensoren im Dauerbetrieb im Material belassen können. In dem Projekt werden minimalinvasive Foliensensoren entwickelt und in polymere Faserverbundwerkstoffe eingebettet, um mit diesen Sensoren wesentliche Informationen über den Zustand der Materialien zu gewinnen. Gleichzeitig sollen diese Sensorstrukturen so gestaltet sein, dass keine signifikante Schwächung der Verbundmaterialstruktur durch den eingebetteten Fremdkörper erfolgt, so dass die Sensoren über den gesamten Produktlebenszyklus in der Verbundstruktur verbleiben können. Die Verifikation dieses Ansatzes ist das Ziel des Projekts. Die Prozesse zur Herstellung der geeigneten Strukturen und zu ihrer Einbettung sowie die Verfahren zur Analyse und Bewertung der Sensordaten sind heute noch nicht bekannt. In dem Projekt werden die dazu nötigen grundlegenden wissenschaftlichen Untersuchungen durchgeführt…mehr