纤维复合材料监测

©SKZ – Das Kunststoff-Zentrum Halle (Saale)

萨克森–安哈特州的德国塑料中心(SKZ)专家与弗劳恩霍夫研究所的科研人员及其他合作伙伴携手开发由纤维复合塑料制成的“智能”部件。例如,在材料中采用物美价廉的新型传感器,可在风力涡轮机运行时,对转子进行监测。

纤维增强塑料是一种用途广泛的材料。这种结构材料结实耐用、纤巧轻薄,几乎可压制成任何形状,因此可用于制作定制部件。此举既节约材料,又节约金钱。由于其性能灵活可调,纤维复合塑料已广泛应用于各个工业领域。无论是对于飞机、船舶和轿车、医疗技术产品亦或是风力涡轮机的转子叶片,这都是一种合适的材料。

在萨安州,人们正致力于将纤维复合塑料制作成“智能”建筑材料,比如用于风力涡轮机的转子叶片。这些叶片要承受环境影响带来的高机械负荷。如果风力过大,会出于安全原因将系统整体关闭——不再生产绿色电力。位于哈勒(萨勒河)的德国塑料中心正在参与研发可测量转子实际机械负荷的纤维复合塑料。

纤维复合塑料中的传感器

此项研发工作的重点是在材料中使用基于所谓“伪弹性形状记忆合金”的价格低廉、自主研发的细丝型传感器。“生产转子叶片部件时,我们可以将纤细的传感器导线直接插入纤维复合结构中。转子叶片负荷较高时,传感器中的电阻变化可决定延伸率,从而实现对系统的监控。”哈勒的德国塑料中心复合材料工作组负责人雅娜·费德勒(Jana Fiedler)博士解释道。此类传感器属于位于相邻的萨克森联邦州的弗劳恩霍夫机床和成型技术研究所(IWU)的专业领域,由其自主研发。通过这种传感器,可实现按照负荷设计转子叶片,并可对部件进行无损检测。德国塑料中心的人员则在探索纤维复合塑料的生产工艺,并研究如何将自主研发的传感器与纤维复合结构相结合,以及在选材时应考虑哪些因素。哈勒的弗劳恩霍夫材料与系统微结构研究所的项目组最后对生产的样品进行测试和分析,以便对测量信号的质量做出评估。在德国中部“EFFI-Sens”(高效传感器)研究项目中,德国塑料中心的塑料专家与弗劳恩霍夫研究所的科研人员正在合作。

企业界兴趣浓厚

EFFI-Sens研究项目得到了德国联邦经济和能源部的产业联合科研(IGF)计划的资助。基于这一创新,其他工业领域也可实现根据负荷设计由配备传感器的纤维复合塑料制成的部件以及对部件的无损检测和连续监测。客户对个性化零部件的需求与日俱增,随之而来的是产品品种繁多,尽管如此,仍然能够实现可控的高成本效益和高安全性。因此,企业界表现出了浓厚的兴趣。在德国中部的图林根州、萨克森州及萨安州的企业中,从事纤维增强塑料深加工或使用此类材料制成的部件及组件的企业组建了一个委员会,共同参与项目开展。其中包括萨安州科赫施泰特(Cochstedt)的创新型特技飞机制造企业XtremeAir和德绍纤维增强塑料有限公司FVK。

纤维复合技术研发中心

位于哈勒的德国塑料中心是萨安州的纤维复合技术研发中心,同时开展教育和科研工作。“我们的目标是在纤维复合塑料应用中开发新的技术方案,尤其是风能、应用设计和移动出行领域对此需求很大。”塑料工程师费德勒博士解释道,“通过提供纤维复合材料的咨询、生产和特性鉴定服务,我们主要为中小企业在材料的使用、质量保障和进一步开发方面提供支持。”

位于哈勒(萨勒河)的德国塑料中心作为塑料加工领域的培训中心,拥有悠久的历史。早在民主德国时期,这里便有一个小团队在前“中央焊接技术学院”从事热塑性塑料焊接研究以及该领域的培训和继续教育工作。1990年,维尔茨堡的南德塑料中心接管了塑料焊接培训业务。目前,通过了德国焊接和相关工艺协会标准2220(DVS 2220)规定考试的层压工中,约90%是在这里接受培训的。

作者:Michael Falgowski

请阅读这里,了解萨克森–安哈特州在智慧材料领域的成就。这里材料拥有智慧

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