Teilprojekt 3: Material- und Prozessentwicklung von Elastomeren mit werkstoffintegrierten lokal einstellbaren sensorischen und adaptiven Eigenschaften
Motivation
Funktionsintegrierte Elastomere mit adaptiven mechanischen Eigenschaften bieten das Potenzial, durch variierbare lokale Materialsteifigkeiten eine anforderungsgerechte Verformungscharakteristik des Verbundes zu gewährleisten und als werkstoffintrinsisches Diagnosesystem (Sensorik) den Verformungszustand von I-FEV auf Werkstoffebene zu überwachen und zu steuern.
Stand der Forschung und eigene Vorarbeiten
Hier wird auf umfangreiche Vorarbeiten und Stand der Forschung zu Dispergierung, prozessintegriertem Verteilungsmonitoring und Stabilisierung von Kohlenstoffallotropen in Dienkautschuken sowie zur Beschreibung der strukturbildenden Füllstoffflokkulation und der Sensoreigenschaften zurückgegriffen. Diese erfolgten im Gegensatz zum hier verfolgten Ansatz der lokalen Gradierung i.d.R. großflächig.
Wissenschaftliche Fragestellung und Projektziele
Ziel des TP3 ist die Erforschung und Entwicklung von gezielt gradierten und mit sensorischen und adaptiven Eigenschaften ausgestatteten Elastomeren und deren Integration in komplexe I-FEV auf Systemebene, wobei das Grenzschichtdesign des Elastomerpartikelsysterms einen Schwerpunkt darstellt. Dafür sollen die piezoresistiven sensorischen Eigenschaften von auf Kohlenstoffallotropen basierenden Perkolationsnetzwerken mit der durch kontrolliert orientierte Magnetpartikel (z. B. gezielt bändchenförmig angeordnet) induzierten Adaptivität (Verformung und Steifigkeit) in einer vernetzten Elastomermatrix auf Werkstoffebene gezielt kombiniert werden. Für die lokale Integration der funktionellen Partikelsysteme sind Verarbeitungsmethoden zu erarbeiten und technologisch umzusetzen, wobei der mikrostrukturelle Verteilungszustand der Funktionsfüllstoffe und die Haftung zur Elastomermatrix durch gezielte Gestaltung der Partikel/Matrix-Grenzfläche zu steuern ist.
Durch die definierte Anordnung sowohl lokal angereicherter Magnetpartikelzonen in Wechselwirkung mit magnetischen Wandlern als auch sensitiv wirkender piezoeresistiver Bereiche sind unter Nutzung der im TP8 entwickleten Algorithmen räumliche Verformungszustände des I-FEV erfassbar. Aufgrund der durch physikalisch-experimentelle Randbedingungen zu erwartenden begrenzten Höhe des MSE-Effektes (Flussdichten, Magnete), insbesondere bei großen Verformungen der MSE selbst, soll die adaptive magneto-induzierte Versteifung des I-FEV daher lokal in einer zellenartigen Verbundstruktur realisiert werden, die als lokal schaltbare adaptive Elemente fungieren. Auf diese Weise sollten sich global dennoch große Verformungen der I-FEV-Struktur unter Beibehaltung des MSE-Effektes innerhalb der Elastomersubstrukturen erreichen lassen. Zur Einstellung einer lokal über die Vernetzungsdichte variierten Steifigkeit können die Elastomerpräkursoren z. B. mit energiereicher Elektronenstrahlung vernetzt und durch Variation von Elektronenenergie/Einwirkdauer dreidimensional gradierte Eigenschaften im I-FEV eingestellt werden.
Kontakt
Institut für Werkstoffwissenschaft (IfWW), Professur für Elastomere Werkstoffe, Fakultät Maschinenwesen der TU Dresden
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF)
© Christian Hüller
Herr Prof. Dr.-Ing. Sven Wießner
Forschungsbereichsleiter "Elastomere"
Besucheranschrift:
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. Hohe Straße 6
01069 Dresden
Deutschland