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

El objetivo general de este procedimiento es lograr propiedades de autorreconocimiento en materiales compuestos para el monitoreo de la integridad estructural. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en la detección automática marina de fallos, como la cuantificación de la deformación y el daño en parques eólicos offshore y la predicción de su vida útil. La principal ventaja de esta técnica es que el daño puede ser detectado por el propio componente estructural.

Aunque este método puede proporcionar información sobre el daño estructural de materiales compuestos, también puede aplicarse a otros sistemas, como el análisis biomecánico durante la recuperación de lesiones. Para comenzar la preparación, en una campana extractora sin ventilación, mezcle manualmente 24 gramos de nanoplatinas de grafeno funcionalizadas con el monómero DGEBA. Para dispersar las f-GNPs en el monómero, primero someta la mezcla a sonicación con un sonificador de sonda durante 45 minutos.

Luego, pase la mezcla por la calandra tres veces, aumentando la velocidad de los rodillos cada vez. Después de la dispersión, pese la mezcla. Caliente la mezcla a 80 grados Celsius bajo agitación y luego coloque la mezcla bajo vacío.

Degase la mezcla mientras se agita durante 15 minutos. Pese el endurecedor en una proporción en peso de 100 a 23 de monómero DGEBA respecto al endurecedor. Retire la mezcla del vacío y detenga la agitación magnética.

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

Con tijeras para tela, corte 14 capas de tela de fibra de vidrio según las dimensiones deseadas. Caliente la tela de fibra de vidrio a 80 grados Celsius en un horno. Corte dos cuadrados de película polimérica antiadherente con las mismas dimensiones que la tela.

Coloque la película sobre la placa de acero limpia. Utilizando un pincel, aplique una capa de epoxi relleno con f-GNP sobre uno de los cuadrados de la película polimérica. Coloque cuidadosamente uno de los cuadrados de plástico de fibra de vidrio calentado sobre la película recubierta de epoxi, de modo que el epoxi y la película queden completamente cubiertos.

Utilice un rodillo desaireador 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 polimérica antiadherente encima del laminado.

Curar el laminado en una prensa con placa calefactora aumentando la presión. En una campana extractora sin ventilación, prepare una mezcla uno a uno de agente de encolado con agua destilada. Añada a esta mezcla 7,5 gramos de f-GNPs.

Retire la mezcla de la campana extractora y disperse las nanoplaquetas mediante sonicación con sonda. Recorte 14 cuadrados de tela de fibra de vidrio. Utilice un recubridor por inmersión para aplicar el tamaño cargado con f-GNP sobre el tejido de vidrio.

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

Coloque los 14 cuadrados de tela de fibra de vidrio recubierta sobre la película polimérica, asegurándose de que los bordes estén alineados. Luego, coloque la placa y la tela en una bolsa al vacío. Utilice cinta selladora para sellar la bolsa al vacío.

Precaliente la bolsa en un horno a 80 grados Celsius. Desgasifique el monómero DGEBA bajo vacío mientras agita. Añada el endurecedor en una relación de peso de 100 a 23 entre monómero y endurecedor y agite hasta homogeneizar.

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

Una vez que la pila de tela de vidrio esté completamente impregnada con resina epoxi, apague la bomba y selle la bolsa. Cure el laminado en la bolsa en un horno a 140 grados Celsius durante 8 horas. Luego, retire el laminado curado de la bolsa al vacío.

Para comenzar la preparación para la prueba de deformación, maquinee las muestras de laminado. Luego, limpie las superficies de las muestras con acetona. Utilizando pintura conductiva de acrílico plateado, dibuje dos líneas estrechas separadas 20 milímetros en cada muestra.

Coloque alambres finos de cobre planos a lo largo de la pintura de plata húmeda para que actúen como electrodos. Una vez que la pintura se haya secado, sujete los alambres en su lugar con adhesivo de fusión en caliente. Configure una máquina de prueba mecánica para una prueba de flexión.

Para cada muestra, mida el ancho y el grosor con un calibrador, antes de colocar la muestra en la máquina. Ajuste la velocidad del ensayo y la posición inicial adecuadamente según el tamaño y la ubicación de la muestra. Conecte los contactos eléctricos a un multímetro y mida la resistencia eléctrica inicial entre los contactos.

Realice la prueba de flexión, monitoreando la resistencia durante todo el proceso. Para preparar la prueba de deformación, corte la tela de fibra de vidrio con f-GNP en tiras de 10 milímetros de ancho. Y fije alambres de cobre a la tela utilizando pintura conductiva de plata y adhesivo termofusible.

A continuación, sujete las bandas de fibra de vidrio con f-GNP a los dedos pulgar y tres primeros dedos de un guante de nitrilo utilizando adhesivo de fusión en caliente. Mida la resistencia eléctrica inicial a través de la tela en cada dedo. Realice una secuencia de doblado de los dedos mientras registra la resistencia eléctrica.

Comience doblando el pulgar, luego el índice, después el medio y luego el anular. Doble todos los dedos simultáneamente. A continuación, con mayor velocidad, repita la secuencia desde el pulgar hasta el anular, y de regreso.

La incorporación de f-GNPs en fibra de vidrio aumenta la conductividad eléctrica del material, la cual se ve afectada por la deformación inducida. La resistencia eléctrica normalizada aumenta con el incremento de la deformación flexural. La rotura de las fibras de vidrio en el punto de falla interrumpe la red eléctrica, lo que se observa como un salto en la resistencia normalizada.

Cuando se aplica el tejido de fibra de vidrio f-GNP a los dedos de un guante de nitrilo, la flexión de cada dedo y la duración del movimiento pueden rastrearse mediante cambios en la resistencia. Someter los materiales compuestos de epoxi f-GNP y fibra de vidrio f-GNP a deformaciones 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 ese punto, la resistencia aumenta. Sin embargo, la resistencia eléctrica normalizada aumenta con la deformación por tracción en todo momento. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de los sensores y el monitoreo de materiales exploraran daños en componentes estructurales.

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