La cepa de detección Basado en Multiescala materiales compuestos reforzados con grafeno Nanoplatelets

El objetivo general de este procedimiento es lograr propiedades de autodetección en materiales compuestos para el monitoreo de la salud estructural. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el mar falla de detección automática, como la cuantificación de una deformación y daño en lugar de parques eólicos marinos y la predicción de su vida útil. La principal ventaja de esta técnica es que los daños pueden ser detectados por el propio componente estructural.

Aunque este método puede proporcionar información sobre el daño estructural de los materiales compuestos, también se puede aplicar a otros sistemas, como el análisis biomecánico durante la recuperación de lesiones. Para comenzar la preparación, en una campana extractora sin conductos, mezcle a mano 24 gramos de nanoplaquetas de grafeno funcionalizadas con monómero DGEBA. Para dispersar los f-GNP en el monómero, primero sonique la mezcla con un sonicador de sonda durante 45 minutos.

Luego, calandra la mezcla tres veces, aumentando la velocidad del rodillo cada vez. Después de la dispersión, pese la mezcla. Caliente la mezcla a 80 grados centígrados mientras revuelve y luego coloque la mezcla al vacío.

Desgasifique la mezcla mientras revuelve durante 15 minutos. Pese el endurecedor en una proporción de 100 a 23 pesos de monómero DGEBA a endurecedor. Retire la mezcla del vacío y deje de agitar magnéticamente.

Agregue el endurecedor y revuelva a mano hasta que esté homogéneo. Después de desgasificar y mezclar a mano, mantenga el material epoxi f-GNP a 80 grados Celsius bajo agitación magnética. Luego, limpie una placa de acero con acetona.

Con unas tijeras para telas, corte 14 capas de tela de fibra de vidrio hasta obtener las dimensiones deseadas. Calienta la tela de vidrio a 80 grados centígrados en un horno. Corta dos cuadrados de película de polímero antiadherente de las mismas dimensiones que la tela.

Coloque la película sobre la placa de acero limpia. Con una brocha, aplique una capa de epoxi relleno de f-GNP a un cuadrado de la película de polímero. Coloque con cuidado un cuadrado de plástico de fibra de vidrio calentado sobre la película cubierta con epoxi, de modo que el epoxi y la película estén completamente cubiertos.

Utilice un rodillo de desaireación para comprimir los materiales. Continúe aplicando capas de epoxi y tela, comprimiendo cada vez, hasta que se haya utilizado toda la tela restante. Aplique una última capa de epoxi y coloque el cuadrado restante de película de polímero antiadherente encima del laminado.

Cura el laminado en una prensa de placa caliente con presión creciente. En una campana extractora sin conductos, prepare una mezcla uno a uno de agente de encolado con agua destilada. A esto hay que añadir 7,5 gramos de f-GNP.

Retire la mezcla de la campana extractora y disperse las nanoplaquetas mediante sonicación con sonda. Corta 14 cuadrados de tela de fibra de vidrio. Utilice un recubridor por inmersión para recubrir la tela de vidrio con el encolado relleno de f-GNP.

Luego, seca la tela recubierta en un horno al vacío. Limpie una placa de acero con acetona. Coloque un cuadrado de película de polímero antiadherente de las mismas dimensiones que los cuadrados de tela de fibra de vidrio sobre la placa de acero.

Coloque los 14 cuadrados de tela de fibra de vidrio recubierta sobre la película de polímero, asegurándose de que los bordes estén alineados. Luego, coloque el plato y la tela en una bolsa de vacío. Con cinta selladora, selle la bolsa de vacío.

Precalienta la bolsa en un horno a 80 grados centígrados. Desgasifique el monómero DGEBA al vacío mientras agita. Agregue el endurecedor en una proporción de 100 a 23 monómero a peso del endurecedor y revuelva hasta que esté homogéneo.

Conecte una bomba de vacío a la bolsa de vacío y realice comprobaciones de fugas. Conecte un trozo de tubo de polímero a la bolsa y sumerja el extremo abierto en la resina epoxi. Encienda la bomba de vacío para introducir la resina en la bolsa.

Una vez que la pila de tela de vidrio esté completamente empapada con resina epoxi, apague la bomba y selle la bolsa. Cura el laminado de la bolsa en un horno a 140 grados centígrados durante 8 horas. A continuación, retire el laminado curado de la bolsa de vacío.

Para comenzar la preparación para la prueba de deformación, mecanize las muestras de laminado. A continuación, limpie las superficies de la muestra con acetona. Con pintura conductora acrílica plateada, dibuje dos líneas estrechas separadas por 20 milímetros en cada muestra.

Coloque alambres finos de cobre planos a lo largo de la pintura plateada húmeda para que actúen como electrodos. Una vez que la pintura se haya secado, fije los cables en su lugar con adhesivo termofusible. Configurar una máquina de ensayos mecánicos para un ensayo de flexión.

Para cada muestra, mida el ancho y el grosor con calibradores, antes de colocar la muestra en la máquina. Ajuste la velocidad de la prueba y la posición de inicio de manera adecuada para el tamaño y la ubicación de la muestra. Conecte los contactos eléctricos a un multímetro y mida la resistencia eléctrica inicial entre los contactos.

Ejecute la prueba de flexión, monitoreando la resistencia en todo momento. Para prepararse para la prueba de deformación, corte la tela de fibra de vidrio f-GNP en tiras de 10 milímetros de ancho. Y para fijar los alambres de cobre a la tela con pintura conductora de plata y adhesivo termofusible.

A continuación, fije las bandas de tela de fibra de vidrio f-GNP al pulgar y a los tres primeros dedos de un guante de nitrilo con adhesivo termofusible. Mide la resistencia eléctrica inicial a través de la tela en cada dedo. Realice una secuencia de flexión de los dedos mientras registra la resistencia eléctrica.

Comience doblando el pulgar, luego el índice, luego el medio y luego el anular. Dobla todos los dedos simultáneamente. Luego, con mayor velocidad, repita la secuencia desde el pulgar hasta el dedo anular y viceversa.

La incorporación de f-GNP en la fibra de vidrio aumenta la conductividad eléctrica del material, que se ve afectada por la deformación inducida. La resistencia eléctrica normalizada aumenta con el aumento de la tensión por flexión. La rotura de las fibras de vidrio en el punto de fallo interrumpe la red eléctrica, lo que se considera un salto en la resistencia normalizada.

Cuando se aplica tela de fibra de vidrio f-GNP a los dedos de un guante de nitrilo, la flexión de cada dedo y la duración del movimiento se pueden rastrear mediante cambios en la resistencia. El sometimiento de los materiales compuestos de epoxi f-GNP y fibra de vidrio f-GNP a deformación por compresión y tracción indujo patrones ligeramente diferentes de cambio en la resistencia eléctrica. Por debajo de un cierto nivel de deformación por compresión, la resistencia eléctrica normalizada disminuye gradualmente con el aumento de la deformación.

Más allá de eso, la resistencia aumenta. Sin embargo, la resistencia eléctrica normalizada aumenta con la tensión de tracción en todo momento. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la detección y el monitoreo de material exploraran el daño en los componentes estructurales.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo preparar el material compuesto autosensible y cómo monitorearlo en tiempo real.