Dehnungsmess Basierend auf Multiskalige Composite Materials Verstärkt durch Graphene Nanoplättchen

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, selbsterkennende Eigenschaften in Verbundwerkstoffen für die strukturelle Gesundheitsüberwachung zu erreichen. Diese Methode kann dazu beitragen, wichtige Fragen zu beantworten, bei denen die automatische Erkennung auf See ausfällt, wie z. B. die Quantifizierung einer Belastung und eines Schadens anstelle von Offshore-Windparks und die Vorhersage ihrer Serverlebensdauer. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass Schäden durch das Strukturbauteil selbst erkannt werden können.

Obwohl diese Methode Aufschluss über strukturelle Schäden von Verbundwerkstoffen geben kann, kann sie auch auf andere Systeme wie die biomechanische Analyse während der Genesung von Verletzungen angewendet werden. Zu Beginn der Zubereitung werden in einem kanallosen Abzug 24 Gramm funktionalisierte Graphen-Nanoplättchen von Hand mit DEGEBA Monomer gemischt. Um die f-GNPs in das Monomer zu dispergieren, wird das Gemisch zunächst 45 Minuten lang mit einem Sondensonicator beschallt.

Kalandrieren Sie dann die Mischung dreimal und erhöhen Sie jedes Mal die Walzendrehzahl. Nach dem Dispergieren die Mischung wiegen. Erhitzen Sie die Mischung unter Rühren auf 80 Grad Celsius und stellen Sie die Mischung dann unter Vakuum.

Entgasen Sie die Mischung unter Rühren 15 Minuten lang. Wiegen Sie den Härter in einem Gew.-Verhältnis von 100 zu 23 Gew.-Nr. aus DEGEBA Monomer zu Härter ab. Nehmen Sie das Gemisch aus dem Vakuum und stoppen Sie das magnetische Rühren.

Den Härter hinzufügen und mit der Hand verrühren, bis eine homogene Masse entsteht. Nach dem Entgasen und Mischen von Hand wird das f-GNP-Epoxidharz unter magnetischem Rühren auf 80 Grad Celsius gehalten. Reinigen Sie dann eine Stahlplatte mit Aceton.

Schneiden Sie mit einer Stoffschere 14 Lagen Glasfasergewebe auf die gewünschten Maße zu. Erwärmen Sie das Glasgewebe in einem Ofen auf 80 Grad Celsius. Schneiden Sie zwei Quadrate antihaftende Polymerfolie in den gleichen Abmessungen wie der Stoff ab.

Legen Sie die Folie auf die saubere Stahlplatte. Tragen Sie mit einem Pinsel eine Schicht f-GNP-gefülltes Epoxidharz auf ein Quadrat der Polymerfolie auf. Legen Sie vorsichtig ein Quadrat erwärmten Glasfaserkunststoffs auf die mit Epoxidharz bedeckte Folie, so dass das Epoxidharz und die Folie vollständig bedeckt sind.

Verwenden Sie eine Entlüftungswalze, um die Materialien zu verdichten. Tragen Sie weiterhin Schichten aus Epoxidharz und Stoff auf und komprimieren Sie sie jedes Mal, bis der restliche Stoff verwendet ist. Tragen Sie eine letzte Schicht Epoxidharz auf und legen Sie das verbleibende Quadrat der antihaftenden Polymerfolie auf das Laminat.

härten Sie das Laminat in einer Heizplattenpresse mit steigendem Druck aus. Bereiten Sie in einem kanallosen Abzug eine Eins-zu-Eins-Mischung aus Leimungsmittel und destilliertem Wasser vor. Hinzu kommen 7,5 Gramm f-BSPs.

Entfernen Sie das Gemisch aus dem Abzug und dispergieren Sie die Nanoplättchen durch Sondenbeschallung. Schneide 14 Quadrate aus Glasfasergewebe aus. Verwenden Sie einen Dip Coater, um das Glasgewebe mit der f-GNP-gefüllten Leimung zu beschichten.

Trocknen Sie dann das beschichtete Gewebe in einem Vakuumofen. Reinigen Sie eine Stahlplatte mit Aceton. Legen Sie ein Quadrat aus antihaftender Polymerfolie mit den gleichen Abmessungen wie die Quadrate des Glasfasergewebes auf die Stahlplatte.

Legen Sie die 14 Quadrate aus beschichtetem Glasfasergewebe auf die Polymerfolie und achten Sie darauf, dass die Kanten ausgerichtet sind. Legen Sie dann die Platte und den Stoff in einen Vakuumbeutel. Verschließen Sie den Vakuumbeutel mit Klebeband.

Den Beutel im Backofen bei 80 Grad Celsius vorheizen. Entgasen Sie das DEGEBA Monomer unter Vakuum unter Rühren. Härter in einem Gewichtsverhältnis von 100 bis 23 Monomer zu Härter zugeben und zu einer homogenen Masse rühren.

Schließen Sie eine Vakuumpumpe an den Vakuumbeutel an und führen Sie eine Dichtheitsprüfung durch. Verbinden Sie ein Stück Polymerschlauch mit dem Beutel und tauchen Sie das offene Ende in das Epoxidharz. Schalten Sie die Vakuumpumpe ein, um das Harz in den Beutel zu ziehen.

Sobald der Glasgewebeflor vollständig mit Epoxidharz getränkt ist, schalten Sie die Pumpe aus und verschließen Sie den Beutel. Das Laminat im Beutel im Ofen bei 140 Grad Celsius 8 Stunden aushärten. Entfernen Sie dann das ausgehärtete Laminat aus dem Vakuumbeutel.

Um mit der Vorbereitung für die Dehnungsprüfung zu beginnen, bearbeiten Sie die Laminatproben. Reinigen Sie dann die Probenoberflächen mit Aceton. Zeichnen Sie mit leitfähiger Silberacrylfarbe zwei schmale Linien im Abstand von 20 Millimetern auf jede Probe.

Lege feine Kupferdrähte flach entlang der nassen Silberfarbe, um als Elektroden zu dienen. Sobald die Farbe getrocknet ist, fixiere die Drähte mit Schmelzkleber. Konfigurieren Sie eine mechanische Prüfmaschine für einen Biegeversuch.

Messen Sie für jede Probe die Breite und Dicke mit Messschiebern, bevor Sie die Probe in die Maschine legen. Stellen Sie die Prüfgeschwindigkeit und die Startposition entsprechend der Größe und Position der Probe ein. Schließen Sie die elektrischen Kontakte an ein Multimeter an und messen Sie den anfänglichen elektrischen Widerstand zwischen den Kontakten.

Führen Sie den Biegetest durch und überwachen Sie dabei den Widerstand. Zur Vorbereitung auf den Dehnungstest das f-GNP Glasfasergewebe in 10 Millimeter breite Streifen schneiden. Und um Kupferdrähte mit leitfähiger Silberfarbe und Schmelzkleber auf dem Gewebe zu befestigen.

Befestigen Sie anschließend die f-GNP Glasfasergewebebänder mit Schmelzkleber am Daumen und den ersten drei Fingern eines Nitrilhandschuhs. Messen Sie den anfänglichen elektrischen Widerstand über das Gewebe an jedem Finger. Führen Sie eine Sequenz von Fingerbeugen durch, während Sie den elektrischen Widerstand aufzeichnen.

Beginnen Sie damit, den Daumen zu beugen, dann den Zeige-, dann den Mittel- und dann den Ringfinger. Beugen Sie alle Finger gleichzeitig. Wiederholen Sie dann mit erhöhter Geschwindigkeit die Sequenz vom Daumen zum Ringfinger und zurück.

Der Einbau von f-GNPs in Glasfasern erhöht die elektrische Leitfähigkeit des Materials, was durch induzierte Dehnung bewirkt wird. Der normierte elektrische Widerstand nimmt mit zunehmender Biegedehnung zu. Ein Bruch von Glasfasern an der Stelle des Ausfalls unterbricht das Stromnetz, was als Sprung des normalisierten Widerstands angesehen wird.

Wenn f-GNP Glasfasergewebe auf die Finger eines Nitrilhandschuhs aufgebracht wird, können die Biegung jedes Fingers und die Dauer der Bewegung durch Widerstandsänderungen verfolgt werden. Die Druck- und Zugdehnung der Epoxid- und F-GNP-Glasfaserverbundwerkstoffe führte zu leicht unterschiedlichen Änderungsmustern des elektrischen Widerstands. Unterhalb einer bestimmten Druckdehnung nimmt der normierte elektrische Widerstand mit zunehmender Dehnung allmählich ab.

Darüber hinaus steigt der Widerstand. Der normierte elektrische Widerstand nimmt jedoch mit der Zugdehnung im gesamten Gebäude zu. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Sensorik und der Materialüberwachung, um Schäden in Strukturkomponenten zu untersuchen.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie selbsterkennendes Verbundmaterial vorbereitet und wie es in Echtzeit überwacht wird.