115 research outputs found
Investigations of the key mechanism of Carbon-Nanotube Actuators and their dependencies
No full textFuture adaptable applications require electro-mechanical actuators with a high weight-related en-ergy. Among modern multi-functional materials carbon nanotubes (CNTs) have some special char-acteristics which give them the potential to solve this demand. On the one hand raw CNTs have excellent mechanical properties like their low density (1330kg/m) and very high estimated stiffness of about 1TPa. On the other hand CNTs have the ability under presence of ions, wired like a capacitor and activated by a charge injection to perform a dimension-change (length of C-C bondings). Calculations and experiments present achievable active strains of 1 at low voltage of 1V what qualifies CNT-based materials for leightweight powerful actuators.
In this paper the former work done with actuators using CNT-containing mats and Nafion as solid electrolyte is evaluated by analyzing the two main-components in more detail. On the one hand the CNT-based model-material SWCNT-mats called Bucky-paper (BP) and on the other hand ion do-nating electrolytes in liquid-phase like a NaCl-solution and its solid equivalent Nafion as thin-foils are tested. Additional methods of fabrication, preparation and characterization of the CNT-powder and the manufactured BPs containing randomly oriented single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are presented which provide a deeper system-understanding. Both materials (BPs and Nafion-foils) are intensively investigated in different deflection-test-rigs due to their structural as-sembly. This paper presents a method for electro-mechanical measurements of BPs in an in-plain test set-up which avoids sensing secondary effects like thermal expansion or mass-transport and confirm that BP-deflection should only be a capacity-driven effect. Nafion as solid electrolyte will be tested in an out-of-plane facility to measure its possible actuation within the lamellar-direction. With this approach the dependencies of each component and their individual characters on the deflec-tion can be estimated. The active response can be referred to the internal structure of both compo-nents as well as of the whole structural assembly.
The results give a certain direction to a BP-optimization referring to active strain, density, structural integrity and conductibility. In addition to these facts the active character of BPs using CNTs of different suppliers and Nafion is analyzed. These investigations are of particular importance for detection of global dependencies and using both materials in a hybrid-assembly like solid actuators which are needed for structural applications
Der Materialmix macht's: Faser-Metall-Laminate für leistungsfähigere Windkraftrotorblätter
No full textDie erfolgreiche Umsetzung der Energiewende wird entscheidend durch den
Ausbau des Windenergiesektors getrieben. Hierbei stehen die Hersteller von
Windkraftanlagen vor großen Herausforderungen, da die Wirtschaftlichkeit
und der Nutzungsgrad der Anlagen direkt an die Größe der Rotorblätter
gekoppelt sind. Die Vergrößerung der Rotorblätter geht jedoch mit einer
überproportionalen Steigerung der Rotorblattmasse einher. Dadurch
werden die Lasten insbesondere an den Anschlussstellen im Wurzelbereich
wesentlich vergrößert. Die bisher im Rotorblattbau etablierten GFKWerkstoffe stoßen hier mittlerweile an ihre Leistungsgrenzen. Im BMWiVerbundprojekt HANNAH (FKZ: 0324345B) entwickelt und erprobt das DLR in
Kooperation mit Forschungspartnern (Universität Hannover ISD, Fraunhofer
IWES) und Industriepartnern (INVENT, TECOSIM, Zeisberg Carbon) erstmalig
FaserMetallHybridlaminate als lokale Verstärkung für Rotorblätter.
Bisherige Resultate zeigen, dass Hybridlaminate wesentlich höhere
Lastniveaus ertragen, so dass Bauraum und Strukturgewicht reduziert
werden können. Dieses Materialkonzept erscheint vielversprechend für die
Fertigung großer Blattstrukturen und unterstützt eine ressourcenschonende
und emissionsfreie Stromgewinnung
Surface Quality of Carbon Fibre Reinforced Nanocomposites: Investigation and Evaluation of Processing Parameters Controlling the Fibre Print-Through Effect
No full textThe chapter investigates the effect of the essential manufacturing parameters on the surface quality of uncoated carbon fibre reinforced composites (CFRP) used as car body panels with visible surfaces (Class A properties). A series of CFRP laminates maunfactured by the RTM technique are investigated varying in the fibre volume content (30–60%), reinforcement material (woven fabrics vs. unidirectional fibre reinforcements), curing temperatures (40–120 °C), additives (SiO2-nanoparticles as matrix fillers) and using a surface finish applied as an in-mould coating. The laminate surfaces are characterized by roughness analysis (white-light interferometry) and wave-scan measurement to quantify the influence of the different manufacturing parameters on the surface quality. Especially the used resins are intensively characterized concerning thermal properties (CTE) and total resin shrinkage. These results correlate very well with the performed analysis of surface roughness. It is found that the fibre print through effect is significantly reduced by realising low total resin shrinkage and an even distribution of resin and fibres at the surface. Thus, using of unidirectional fibre reinforcement (no weft or sewing threads; very fine filaments), low curing temperatures (slow curing processes) and an in-mould coating are most successful for reduction of fibre print through effect and getting surface similar to Class A properties. In addition, the surface quality is quite positively affected by the application of nanoparticles and also strongly controlled by roughness of tooling
Fundamental characterization of epoxy-silica nanocomposites used for the manufacturing of fiber reinforced composites”
No full textNanocomposites based on silica nanoparticles and high performance epoxy resins are investigated for their suitability as a new type of matrix for fibre-reinforced polymers (FRP) using injection technologies (LCM). The key focus is on the determination of the pro-cessing parameters at varying silica nanoparticle content. The homogeneous distribution of the nanoscaled silica in the epoxy matrix is proven by Photon Cross Correlation Spectroscopy (PCCS) and Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis. Depending on the silica content of the composite, its stiffness, strength and toughness can be increased significantly compared with the neat resin. The mechanical performance is discussed by failure mechanisms based on the analysis of the fracture surface morphology. Moreover, resin shrinkage and the thermal expansion are significantly reduced both important for lowering internal stress in FRP. The injectability of the nanocomposite for the purpose of lamination using the LCM technology is nearly unaffected. Epoxy-silica nanocomposites are now proven to be a new high performance polymer matrix for FRP structures manu-factured by the low cost LCM technique
Aktuatoren auf Basis von nanoskaligen Kohlenstoffrohren
No full textNanoskalige Kohlenstoffrohren (CNTs) wurden wissenschaftlich bereits 1952 [28] und 1976 [29] dokumentiert, stießen aber erst 1991 als zufällige Wiederentdeckung durch Iijima [30], möglicherweise beflügelt durch die Würdigung der Fullerenentdeckung als eigenständiges Kohlenstoffallotrop mit dem Chemie-Nobelpreis 1996, bei der Wissenschaftsgemeinde auf großes Interesse. Dabei kommen Kohlenstoffnanorohren anders als Graphit nicht natürlich als Kohlenstoffmodifikation vor, sondern müssen stets künstlich erzeugt werden. Zusätzliches Interesse erlangten die Nanorohren vor allem im Bereich der Adaptronik durch die Entdeckung von Baughman [31] 1999, dass diese als filtriertes, makroskopisches CNT-Papier, sogenannte
CNT-Bucky-Paper, selbst aktive Eigenschaften aufweisen. Bevor auf deren aktuatorische Untersuchung ab Kapitel 3.4.1.2 eingegangen wird, werden vorab die wesentlichen morphologischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften der nanoskaligen Kohlenstoffrohren zusammengefasst, um ein Verständnis der Vorgänge in der Kohlenstoffrohre zu bekommen
Glasfaser-Metall-Hybridlaminate für Windkraftrotorblätter: Untersuchung und Charakterisierung verschiedener Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung für integrierte Metalllagen
No full textIn der vorgelegten Masterarbeit werden derzeit angewandte Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung von Stahlfolien für Faser-Metall-Laminate näher beleuchtet. Ein nasschemisches Oberflächenvorbehandlungsverfahren wird hinsichtlich der zeitlich begrenzenden Faktoren der Reaktivität nach Applikation untersucht. Dazu werden aus vorbehandelten Proben unter verschiedenen Konditionierungen in definierten Abständen Probekörper gefertigt und geprüft. Die Erkenntnisse aus der Korrelation zwischen Konditionierungsklima und den mechanischen Kennwerten, können helfen Richtlinien für eine industrielle Fertigung abzuleiten. Zudem werden die Konditionierten Proben in definierten Abständen mittels Infrarotspektroskopie untersucht, um die Mechanistik der Alterungsprozesse auch auf molekularer Ebene zu untersuchen.
Neben der Optimierung der Lagerzeit von nasschemisch beschichteten Metallblechen, wird in diesem Zuge auch nach einer geeigneten Alternative gesucht Stahlfolien vorzubehandeln. Hierzu werden Parameterstudien an laserbehandelten Stahlsubstraten durchgeführt und hinsichtlich adhäsionssteigernder Oberflächentopografie ausgewertet. Die technische Umsetzung wird durch die Herstellung von Faser-Metall-Laminat Probekörpern überprüft. Durch den Vergleich der Kennwerte aus bruchmechanischen Prüfungen mit dem Stand der Technik kann so eine Validierung erfolgen. Hierdurch werden eine Reduktion und Vereinfachung der Verarbeitungsprozesse sowie eine Zeitersparnis angestrebt.
Ziel ist es, Glasfaser-Stahllaminaten bezüglich des Verhaltens unter uniaxialer, quasistatischer Lochleibungsbelastung zu optimieren, um die Effizienz der Strukturkopplung im Wurzelbereich von Windkraftrotorblättern zu erhöhen. Die Mechanik bei Lochleibungsbeanspruchung bildet dabei die Basis für diese Untersuchungen
Mehr als nur ein Klebstoff - Sensorische Klebefugen zur Strukturüberwachung von Windkraftrotorblättern
No full textUntersuchung von magnetostriktiven Partikeln zur Detektion von Eigenspannungen in CFK-Polymermatrices
No full textIn der vorliegenden Arbeit wird das Potenzial magnetostriktiver Partikel (Terfenol-D) hinsichtlich ihrer sensorischen Eigenschaften zur Detektion von Eigenspannungen in einer Epoxidharzmatrix untersucht. Als Einflußparameter werden Partikelgröße und Partiklegehalt überprüft. Die Mes-sungen von Magnetflussdichteänderungen erfolgt sowohl unter Zug- als auch Druckbelastung unter Einsatz eines Hall-Elements. Um die Sedimentation der eingebrachten Partikel während des Aushärteprozesses des Harzes zu unterbinden kommt ein Magnetfeld zum Einsatz. Die Er-gebnisse der experimentellen Messungen zeigen einen deutlichen Zusammenhang zwischen der magnetischen Flussdichte an einer Probe und ihrem mechanischen Belastungszustand. Neben der signifikanten Erhöhung der magnetischen Flussdichteänderung durch eine zuvor aufgebrach-te Nachmagnetisierung der Proben, zeigen vor allem Proben mit höhren Partikelgehalten (20 wt.%) und kleineren Partikelgrößen (<20 µm) wesentliche Änderungen in ihrer magnetischen Flussdichte in Abhängigkeit ihrer mechanischen Belastung. Weitere Einflußgrößen auf die mag-netische Flussdichteänderungen, z.B. Inhomogenitäten der Partikelorientierung und Partikelver-teilung in den Proben, konnten identifiziert werden
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