MERGE: Entwicklung eines strukturintegrierten Sensorsystems auf Grundlage von leitfähigen Nanobeschichtungen für technische Fasern zum Structural Health Monitoring (StructureSens) – Teilvorhaben A

Ziel des Vorhabens ist die Integration von individualisierbaren Sensoren in endlosfaserverstärkten Organoblechen zur Strukturüberwachung (structural health monitoring). Grundlage dabei bildet die Funktionalisierung von Glasfilamentgarnen (Glasrovings) mit einer leitfähigen Beschichtung welche als mechanischer Sensor in endlosfaserverstärkten Thermoplasten verwendet und elektronisch ausgelesen werden können und somit die Innovation darstellt. Im Vergleich zu klassischen Sensoren ist es durch die funktionalisierten Fasern möglich, durch Bauteilbelastung verursachte Defekte in der Grenzschicht zwischen polymerer Matrix und Verstärkungsfasern, basierend auf der elektrischen Widerstandsänderung des Sensorfadens, zu detektieren. Im Gegensatz zu anderen Ansätzen basierend auf leitfähigen Beschichtungen führt das leitfähige Netzwerk in der Grenzschicht zu einer besonders hohen Sensitivität, da der Grenzschichtbereich besonders hoch belastet wird. Die optimale Möglichkeit zur Detektion eines Grenzschichtversagens zwischen Matrix und Verstärkungsfaser besteht an der Faser selbst. Nach der Konsolidierung wird die durch Dehnung, Risse, Filamentversagen oder sonstige Schädigung hervorgerufene Widerstandsänderung an den Enden des Rovings abgegriffen. Ein Einbringen von Fremdmaterialien, die als Störstellen im Materialverbund wirken, wird damit vermieden. Eine nanostrukturierte, elektrisch leitfähige Glasfaserbeschichtung verändert unter einer mechanischen oder thermischen Verformung den resultierenden gemessenen elektrischen Widerstand. Die elektrische Widerstandsänderung ist somit ein indirektes Maß für eine Verformung. Mikrorisse an Glasfaseroberflächen bzw. in der Grenzschicht führen zu einem Anstieg des Widerstandes. Das Versagen von Glasfilamenten ist durch Sprünge in den Widerstandswerten einfach detektierbar.