Strain Sensing Gebaseerd op Multiscale Composite Materials versterkt met Grafeen Nanoplatelets

Het algemene doel van deze procedure is om zelfdetecterende eigenschappen te bereiken in composietmaterialen voor structureel gezondheidsonderzoek. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen in de automatische detectie van storingen op zee, zoals kwantificering van spanning en schade in plaats van off-shore windparken en voorspelling van hun levensduur. Het grote voordeel van deze techniek is dat schade kan worden gedetecteerd door het structurele onderdeel zelf.

Hoewel deze methode inzicht kan geven in structurele schade van composietmaterialen, kan deze ook worden toegepast op andere systemen, zoals biomechanische analyse tijdens herstel van verwondingen. Om te beginnen met de voorbereiding, meng in een dampkap 24 gram functioneel gemaakte grafen-nanoplaatjes met DGEBA-monomeer. Om de f-GNP's in het monomeer te verspreiden, soniceer eerst het mengsel gedurende 45 minuten met een sonde-sonicator.

Vervolgens moet het mengsel drie keer worden gewalst, waarbij de rollensnelheid elke keer wordt verhoogd. Na dispersieweig het mengsel. Verwarm het mengsel tot 80 graden Celsius onder roeren en plaats het mengsel vervolgens onder vacuüm.

Ontgas het mengsel onder roeren gedurende 15 minuten. Weeg de verharder af in een gewichtsverhouding van 100 tot 23 van DGEBA-monomeer tot verharder. Haal het mengsel uit het vacuüm en stop het magnetisch roeren.

Voeg de verharder toe en roer met de hand tot een homogeen geheel. Na ontgassing en handmatig mengen, houdt u het f-GNP-epoxymateriaal gedurende 80 graden Celsius onder magnetisch roeren. Reinig vervolgens een stalen plaat met aceton.

Snij met een stoffen schaar 14 lagen glasvezelweefsel in de gewenste afmetingen. Verwarm het glasweefsel tot 80 graden Celsius in een oven. Snijd twee vierkanten antiaanhechtende polymeerfolie in dezelfde afmetingen als het weefsel.

Plaats de folie op de schone stalen plaat. Breng met een kwast een laag f-GNP-gevuld epoxy aan op een vierkant van de polymeerfolie. Plaats voorzichtig een vierkant van verwarmd glasvezelplastic op de epoxybedekte folie, zodat het epoxy en de folie volledig bedekt zijn.

Gebruik een ontluchtwals om de materialen te comprimeren. Breng lagen epoxy en weefsel aan, elk tijds comprimerend, totdat al het resterende weefsel is gebruikt. Breng een laatste laag epoxy aan en plaats het resterende vierkant van antiaanhechtende polymeerfolie bovenop het laminaat.

Harden het laminaat in een heet plaatpers met toenemende druk. Bereid in een dampkap een mengsel van verhouding 1 op 1 van slijpmiddel en gedistilleerd water. Voeg hieraan 7,5 gram f-GNP's toe.

Verwijder het mengsel uit de dampkap en verspreid de nanoplaatjes door middel van sonische behandeling met een sondesonde. Snijd 14 vierkanten van glasvezelweefsel uit. Gebruik een dipcoater om het glasweefsel te coaten met het f-GNP-gevulde slijpmiddel.

Vervolgens droogt u het gecoate weefsel in een vacuümoven. Reinig een stalen plaat met aceton. Plaats een vierkant antiaanhechtende polymeerfolie van dezelfde afmetingen als de glasvezelweefselvierkanten op de stalen plaat.

Plaats de 14 vierkanten van gecoat glasvezelweefsel op de polymeerfolie, zorg ervoor dat de randen uitgelijnd zijn. Plaats vervolgens de plaat en het weefsel in een vacuümzak. Verzegeld de vacuümzak met afdichttape.

Verwarm de zak voor in een oven op 80 graden Celsius. Ontgas het DGEBA-monomeer onder vacuüm terwijl u roert. Voeg verharder toe in een verhouding van 100 tot 23 monomeer tot verharder gewicht en roer tot homogeen.

Verbind een vacuümpomp aan de vacuümzak en voer lekverschijnselen uit. Verbind een stuk polymeerbuis aan de zak en dompel het opene uiteinde in de epoxyhars. Schakel de vacuümpomp in om de hars in de zak te trekken.

Zodra het glasweefselpakket volledig is doordrenkt met epoxyhars, schakelt u de pomp uit en verzegelt u de zak. Harden het laminaat in de zak in een oven gedurende 8 uur bij 140 graden Celsius. Vervolgens verwijdert u het uitgeharde laminaat uit de vacuümzak.

Om te beginnen met de voorbereiding voor spanningstests, bewerkt u de laminaatmonsters. Reinig vervolgens de monsteroppervlakken met aceton. Teken met zilveren acrylgeleidende verf twee smalle lijnen op 20 millimeter afstand op elk monster.

Leg fijne koperdraden plat langs de natte zilververf om als elektroden te fungeren. Zodra de verf is opgedroogd, bevestigt u de draden met heet-meltlijm. Configureer een mechanische testmachine voor een buigtest.

Voor elk monster meet u de breedte en dikte met een schuifmaat, voordat u het monster in de machine plaatst. Stel de testsnelheid en startpositie geschikt in voor de grootte en locatie van het monster. Verbind de elektrische contacten met een multimeter en meet u de initiële elektrische weerstand tussen de contacten.

Voer de buigtest uit en bewaakt u de weerstand gedurende de hele test. Om voor te bereiden op de spanningstest, snijdt u f-GNP-glasvezelweefsel in stroken van 10 millimeter breed. En om koperdraden aan het weefsel te bevestigen met zilveren geleidende verf en heet-meltlijm.

Bevestig vervolgens de f-GNP-glasvezelweefselbanden aan de duim en de eerste drie vingers van een nitrilhandschoen met behulp van heet-meltlijm. Meet de initiële elektrische weerstand over het weefsel op elke vinger. Voer een reeks vingerbuigingen uit terwijl u de elektrische weerstand registreert.

Begin met de duim, dan wijsvinger, dan middelste, dan ringvinger. Buig alle vingers tegelijk. Herhaal vervolgens met toenemende snelheid de sequentie van duim naar ringvinger en terug.

De opname van f-GNP's in glasvezel verhoogt de elektrische geleidbaarheid van het materiaal, die wordt beïnvloed door geïnduceerde spanning. De genormaliseerde elektrische weerstand neemt toe met