Konzeption, Realisierung und Erprobung von passiven drahtlosen Sensorsystemen und von Auswertemethoden zur qualitativen und quantitativen in-situ Messung der Permittivitätsverläufe von Epoxidmatrixsystemen während der Aushärtung
Jannis Groh
Im Rahmen dieser Dissertation wurde ein neuartiges Sensor- und analytisches Auswertekonzept zur drahtlosen Onlineüberwachung von exothermen Aushärtevorgängen duroplastischer Epoxidharzsysteme entwickelt. Durch dieses Sensorsystem wird die drahtlose in-situ Messung der lokalen Reaktionstemperatur und des molekularen Vernetzungsgrades im Bauteilinneren, welche die beiden wichtigsten Kernregelgrößen zur Prozessoptimierung darstellen, realisiert, um bei der Herstellung von beispielsweise dickwandigen Faserverbundbauteilen eine optimale Qualität zu erreichen.
Das entwickelte Sensorsystem wurde für den zweistelligen GHz-Bereich ausgelegt und basiert auf kleinen, passiven, drahtlosen Sensoren mit jeweils zwei integrierten SIW-Resonatoren als Sensorelementen.
Für die quantitative Bestimmung des lokalen Aushärtegrades in Form der Epoxidmatrixpermittivität und der lokalen Reaktionstemperatur aus den Resonanzkurven wurden für die beiden integrierten SIW-Resonatoren analytische Modelle hergeleitet.
Mittels unterschiedlicher dielektrischer Referenzmessmethoden und der modellbasiert bestimmten Permittivitätsverläufe aus den Messungen mit dem entwickelten Sensorsystem während der Aushärtung konnte die sehr hohe Korrelation der Epoxidmatrixpermittivität in diesem Frequenzbereich mit dem molekularen Vernetzungsgrad der aushärtenden Epoxidmatrix nachgewiesen werden.
Die erzielten Ergebnisse zeigen die sehr gute Eignung des entwickelten neuartigen Sensorsystems und der zugehörigen analytischen Modelle zur drahtlosen Bestimmung der lokalen Reaktionstemperatur wie auch der Permittivität der aushärtenden Epoxidmatrix, welche direkt proportional zu deren Vernetzungsgrad ist.
