集成的壓電陶瓷傳感器元素和電子組件在玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合結(jié)構(gòu)

玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯集成壓電陶瓷傳感器和電子組件AWeder*,S.Geller,A.Heinig,T.Tyczynski,W.Hufenbach,W.-J.Fischera：德國德累斯頓，德累斯頓技術(shù)大學(xué)研究所半導(dǎo)體和微電子公司。b：德國德累斯頓，德累斯頓技術(shù)大學(xué)、研究所的輕量級(jí)工程和聚合物技術(shù)。c：德國德累斯頓，弗勞恩霍夫光子微系統(tǒng)研究所。摘要：汽車行業(yè)最關(guān)鍵技術(shù)之一就是能否自動(dòng)化大批量生產(chǎn)輕質(zhì)和智能復(fù)合材料的零部件，現(xiàn)代引進(jìn)“智能”這個(gè)概念，就是通過集成傳感器網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合。這些網(wǎng)絡(luò)記錄不同物理信號(hào)，有的甚至可以作為活動(dòng)組件。摘要提出了一種新穎的大容量復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)，使用Multi-Fibre-Injection(MFI)噴涂技術(shù)解決了集成的大型壓電陶瓷傳感器在玻璃纖維和聚氨酯復(fù)合部分上的技術(shù)問題。直接集成壓電纖維，這種技術(shù)將傳感器生產(chǎn)和部分生產(chǎn)變成一個(gè)步驟。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，這種壓電陶瓷傳感器的功能。其他的實(shí)驗(yàn)證明了不同的電子元件的成功整合可以作為電池的復(fù)合部分。關(guān)鍵詞：壓電陶瓷傳感器；長(zhǎng)纖維注塑；多纖維注塑；傳感器網(wǎng)絡(luò)；結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)；大批量生產(chǎn)。1介紹為了節(jié)約成本，我們正在大批量生產(chǎn)玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合(GPC)結(jié)構(gòu)集成壓電陶瓷傳感器和電子元件。我們的想法是開發(fā)一個(gè)新的過程,基于完善的長(zhǎng)纖維注入(LFI)技術(shù),直接生產(chǎn)出集成傳感器。這種新的多纖維注入(MFI)技術(shù)結(jié)合了兩個(gè)不同生產(chǎn)階段的傳感器構(gòu)成組件變成一個(gè)階段。2基本技術(shù)和過程開發(fā)玻璃纖維生產(chǎn)的聚氨酯復(fù)合材料注定是大型輕量級(jí)部件[1,2]。自動(dòng)長(zhǎng)纖維注射(LFI)技術(shù)特別適合連續(xù)生產(chǎn)智能集成傳感器復(fù)合結(jié)構(gòu)[3]。LFI過程中,玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。粗紗被切割成特殊單元，切碎后與聚氨酯同時(shí)放入一個(gè)開放的模具中[4]。噴涂后關(guān)閉模具、纖維聚氨酯混合物在封閉腔內(nèi)形狀的擴(kuò)展取決于所使用的聚氨酯。由于放電注入模具,這個(gè)噴涂技術(shù)提供了幾種可能性集成的電子和壓電陶瓷元件。傳感器元素的函數(shù)可以證明在第一個(gè)應(yīng)用程序使用手動(dòng)集成壓電陶瓷元件和改編的電極結(jié)構(gòu)，壓電陶瓷的原型傳感元件圖1所示。圖1一個(gè)壓電陶瓷傳感的原型智能復(fù)合材料發(fā)展的一個(gè)重要問題就是內(nèi)部電子設(shè)備的電源問題。解決這個(gè)問題的一個(gè)方法是在外加磁場(chǎng)下使用被動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)器(RFID標(biāo)簽)。電感耦合集成實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)答器節(jié)點(diǎn)這一概念進(jìn)行了解釋如圖5，能夠測(cè)量復(fù)合材料內(nèi)的溫度。實(shí)驗(yàn)表明,該傳感器節(jié)點(diǎn)集成過程中不損壞無線通信就知曉內(nèi)部溫度仍然是可能的。內(nèi)部電子元件的另一個(gè)選擇是一級(jí)或二級(jí)電池直接集成到復(fù)合結(jié)構(gòu)。測(cè)試實(shí)驗(yàn)鎳氫和鋰離子電池。電池的前后系統(tǒng)是充放電集成，產(chǎn)生的放電曲線如圖6顯示。表明電池性能沒有明顯退化。更多研究集成充電超薄THINERGY?微能源表明這些電池在120℃左右會(huì)被摧毀，因此不能適用當(dāng)前配置。圖5應(yīng)答器集成之前被動(dòng)溫度。圖6可充電鎳氫電池的放電曲線和之后的集成。4結(jié)論玻璃纖維聚氨酯復(fù)合材料適用產(chǎn)生智能輕質(zhì)結(jié)構(gòu)集成傳感器。LFI技術(shù)基礎(chǔ)上，允許壓電陶瓷傳感器程內(nèi)在GPC的集成。在處理研究中,對(duì)影響嵌入壓電陶瓷和電子功能的相關(guān)負(fù)荷進(jìn)行了分析。將噴涂放電和低壓放電與其他生產(chǎn)技術(shù)相比，集成組件影響不是很嚴(yán)重。在處理電子元件以及壓電陶瓷承受溫度的過程中，被嵌入傳感器和轉(zhuǎn)發(fā)器后能夠反應(yīng)信息。此外，大多數(shù)電池類型可以提供相同的電能。確認(rèn)作者想表達(dá)自己對(duì)德國研究基金會(huì)(脫硫)內(nèi)資金合作研究中心的感謝。參考文獻(xiàn)[1]Partusch,G.:Polyurethanschaum,derWerkstofffürfastalleProbleml?sungen,FachtagungPolymersch?ume,2003,S.D.1-11[2]Hufenbach,W.;Gude,M.;Geller,S.;Zichner,M.:OrientedSprayingofFibers.Kunststoffeinternational,Vol.101(2011),Heft11,S.36-38[3]Hufenbach,W.;Gude,M.;Modler,N.;Zichner,M.;Heber,T.;Geller,S.:SeriengerechteIntegrationpiezokeramischerSensorelementeinGlasfaser-Polyurethan-Verbundstrukturen.,SchriftenreiheWerkstoffeundwerkstofftechnischeAnwendungen.Band41:VerbundwerkstoffeundWerkstoffverbunde.Chemnitz:Eigenverlag,2011,S.283-288[4]Frehsdorf,W.;S?chtig,W.:HighRequirements–LowInvestmentCosts.Kunststoffeplasteurope,Vol.91(2001),Heft3,Seite23-25Fig.5:Passivetemperaturetra