Mechanismenbasierte Entwicklung und Validierung einer strukturellen Zustandsüberwachung für klima-adaptive architektonische Cottonid-Elemente
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Cottonid ist ein Cellulose-basierter Werkstoff, der über Schichtung und chemisch-physikalische Verknüpfung ungeleimter Papiere mittels Pergamentierungsprozess hergestellt wird. Cottonid besitzt u.a. aufgrund der Verknappung fossiler Ressourcen großes technisches Potential, da Cellulose der meist verfügbare Rohstoff auf der Erde ist. Als Funktion der Materialstärke kann Cottonid als nachhaltiger klima-adaptiver Funktions- oder als dimensionsstabiler Konstruktionswerkstoff eingesetzt werden. Diese Eigenschaften machen den Werkstoff ideal für die Herstellung architektonischer Elemente für konventionelle strukturelle Anwendungen und auch für innovative biomimetische Architektur. Im Forschungsprojekt wurde der Werkstoff über eine labormaßstäbliche Herstellungsstrecke weiterentwickelt und hinsichtlich seiner hygroskopischen Adaptivität sowie struktureller Anisotropie -Funktionsfokussiert adaptiert. Dabei wurde der grundlegende Einfluss einzelner Herstellungs- und Umgebungsparameter auf das Materialverhalten untersucht. Im Hinblick auf die Anwendung von Cottonid als klima-adaptives architektonisches Element wurde anschließend die Einbringung von Sensorik für eine strukturelle Zustandsüberwachung (SHM) erforscht. Eine der zentralen wissenschaftlichen Fragestellungen dabei war, in wieweit die Funktionsweise faseroptischer Sensoren (FBG) als SHM- Technik während der Pergamentierung erhalten bleibt. Zudem wurde die elektrische Widerstandsmessung zur Beurteilung der Materialfeuchte betrachtet. Die etablierten SHM-Methoden wurden weiterführend einem innovativen Verfahren gegenübergestellt, in dem die Cottonid-Proben mit piezoelektrischem Zinkoxid zur intrinsischen Dehnungsmessung modifiziert wurden. Über begleitende Langzeitexperimente konnten umwelt- und wetterspezifische Alterungsmechanismen von Cottonid charakterisiert werden. Zuletzt wurde die biologische Abbaubarkeit des Werkstoffs im Hinblick auf ein umweltschonendes Recycling am Ende des Produktlebenszyklus untersucht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Experimental study on the actuation and fatigue behavior of the biopolymeric material Cottonid. Materials Today: Proceedings, 7, 476-483.
Scholz, Ronja; Langhansl, Matthias; Zollfrank, Cordt & Walther, Frank
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Humidity-Sensing Material Cottonid – Microstructural Tuning for Improved Actuation and Fatigue Performance. Frontiers in Materials, 7.
Scholz, Ronja; Langhansl, Matthias; Zollfrank, Cordt & Walther, Frank
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In Situ Characterization of Damage Development in Cottonid Due to Quasi-Static Tensile Loading. Materials, 13(9), 2180.
Scholz, Ronja; Delp, Alexander & Walther, Frank
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Impact of solar radiation on chemical structure and micromechanical properties of cellulose-based humidity-sensing material Cottonid. Functional Composite Materials, 2(1).
Scholz, R.; Langhansl, M.; Hemmerich, M.; Meyer, J.; Zollfrank, C. & Walther, F.
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In Situ Characterization of the Damage Initiation and Evolution in Sustainable Cellulose-Based Cottonid. The Minerals, Metals & Materials Series, 867-878. Springer International Publishing.
Scholz, R.; Delp, A. & Walther, F.
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Mechanism-based assessment of cellulose-based biocomposite Cottonid for sustainable construction. ECCM20, Proceedings of the 20th European Conference on Composite Materials 3, (2022) 616–623
Scholz, R. & Walther, F.
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Mechanism-Based Assessment of Structural and Functional Behavior of Sustainable Cottonid. Werkstofftechnische Berichte │ Reports of Materials Science and Engineering. Springer Fachmedien Wiesbaden.
Scholz, Ronja Victoria
