Materialprüfung: Neues Verfahren für Holzverbundwerkstoffe

Im Projekt OptiSens will das Forschungsteam das Verhalten des Materials sowohl im Herstellungsprozess als auch in der Nutzung sichtbar machen. Dazu will man smarte gedruckte Sensoren entwickeln und sie in den Verbundwerkstoff Holz integrieren.

Die Smarten Sensoren sollen das Holz quasi über den gesamten Lebenszyklus begleiten, um Informationen zu liefern. Die Sensoren von OptiSens machen Holz- und Verbundwerkstoffe intelligent und können den Herstellern im Sinne von Industrie 4.0 und auch dem Nutzer Information über die Materialqualität oder Verschleiß übermitteln.

Unter der Leitung der Kompetenzzentrum Holz GmbH haben sich zehn Partner aus Forschung und Industrie zu diesem Projekt zusammengetan. Die Forschungen fokussieren sich auf die drucktechnische Herstellung kostengünstiger Sensoren, die wichtige Informationen über die Temperatur, den pH-Wert und den Wechselstromwiderstand messen.

Der smarte Sensor soll dann in duroplastischen Verbundwerkstoffen integriert werden und bereits in-situ – das bedeutet während der Produktion – Informationen über das Materialverhalten liefern. „Wir wollen eine neuartige Messmethodik schaffen, die ein genaues Bild des Reaktionsverlaufs liefert. Durch die Integration der Sensoren direkt im Herstellungsprozess kann der Produktionsverlauf näher erforscht und optimiert werden“, erläutert OptiSens-Projektleiter Uwe Müller.

Als Effekt sollen die smarten Sensoren helfen, die Produktionszeit zu verkürzen und die Qualität zu steigern. Indem sie die Dauer des Vernetzungsgrades der Materialien kontrollieren, kann sich der Produktionsdurchsatz und die Wirtschaftlichkeit erhöhen. Auch das Endprodukt wie beispielsweise tragende Bauelemente profitiert davon: Die Materialqualität steigt und die Langzeitstabilität wird erhöht.

Derzeit wird der molekulare Vernetzungsgrad eines Materials erst im Nachhinein über aufwendige zerstörende Prüfmethoden durchgeführt. „Wir brauchen spezielle Sensoren, die Produktionsbedingungen wie Temperatur und Druck überstehen, die Wasserdampf durchlassen, größenvariabel sind, Säuren aushalten und vor allem auch kostengünstig sind.“, ergänzt Müller.

Der Stand der Technik zeigt, dass für die Sensorik neue, adaptive Ansätze in Materialkombinationen und Herstellungsprozessen entwickelt werden müssen. Wichtig ist es, die Materialauswahl mit dem Design und der Integration in ein Gesamtsystem abzustimmen.

Das Forschungszentrum Carinthian Tech Research (CTR) mit Sitz in Villach/Österreich unterstützt bei der Entwicklung gedruckter pH-sensibler Sensoren. „Wir testen verschiedenste Materialkombinationen und prüfen deren Leistung. Dazu nutzen wir 3D-Drucktechnologien“, so CTR-Projektleiter Matic Krivec.

Doch nicht nur die Holzwerkstoff- und Verbundstoffindustrie soll von dieser Entwicklung profitieren. Das zell- und molekularbiologische Labor am Kepler-Universitätsklinikum in Linz wird die Sensoren zur Messung der Vitalität lebender Zellen testen. Damit wären auch Anwendungen in der Biotechnologie oder im medizinischen Bereich möglich.