Strain Sensing Basé sur Multiscale Composite Materials Renforcé avec graphène nanoplaquettes

L’objectif global de cette procédure est d’obtenir des propriétés d’autodétection dans les matériaux composites pour la surveillance de la santé structurelle. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés en cas d’échec de la détection automatique en mer, telles que la quantification d’une contrainte et des dommages à la place des parcs éoliens offshore et la prédiction de la durée de vie de leurs serveurs. Le principal avantage de cette technique est que les dommages peuvent être détectés par le composant structurel lui-même.

Bien que cette méthode puisse donner un aperçu des dommages structurels des matériaux composites, elle peut également être appliquée à d’autres systèmes tels que l’analyse biomécanique pendant la récupération des blessures. Pour commencer la préparation, dans une hotte sans conduit, mélangez à la main 24 grammes de nanoplaquettes de graphène fonctionnalisées avec du monomère DGEBA. Pour disperser les f-GNP dans le monomère, sonicez d’abord le mélange avec un sonificateur de sonde pendant 45 minutes.

Ensuite, calandre le mélange trois fois, en augmentant la vitesse du rouleau à chaque fois. Après la dispersion, pesez le mélange. Chauffez le mélange à 80 degrés Celsius en remuant, puis placez le mélange sous vide.

Dégazez le mélange en remuant pendant 15 minutes. Pesez le durcisseur dans un rapport de poids de 100 à 23 entre le monomère DGEBA et le durcisseur. Retirez le mélange du vide et arrêtez l’agitation magnétique.

Ajoutez le durcisseur et remuez à la main jusqu’à ce que le mélange soit homogène. Après le dégazage et le mélange à la main, maintenez le matériau époxy f-GNP à 80 degrés Celsius sous agitation magnétique. Ensuite, nettoyez une plaque d’acier avec de l’acétone.

À l’aide de ciseaux à tissu, coupez 14 couches de tissu en fibre de verre aux dimensions souhaitées. Réchauffez le tissu de verre à 80 degrés Celsius dans un four. Découpez deux carrés de film polymère antiadhésif aux mêmes dimensions que le tissu.

Placez le film sur la plaque d’acier propre. À l’aide d’un pinceau, appliquez une couche d’époxy chargé de f-GNP sur un carré du film polymère. Placez soigneusement un carré de plastique en fibre de verre chauffé sur le film recouvert d’époxy, de sorte que l’époxy et le film soient complètement recouverts.

Utilisez un rouleau de désaération pour comprimer les matériaux. Continuez à appliquer des couches d’époxy et de tissu, en compressant à chaque fois, jusqu’à ce que tout le tissu restant ait été utilisé. Appliquez une dernière couche d’époxy et placez le carré restant de film polymère antiadhésif sur le stratifié.

Faites durcir le stratifié dans une presse à plaque chauffante avec une pression croissante. Dans une hotte sans conduit, préparer un à un mélange d’agent d’encollage à de l’eau distillée. Ajoutez à cela 7,5 grammes de f-GNP.

Retirez le mélange de la hotte et dispersez les nanoplaquettes par sonication par sonde. Découpez 14 carrés de tissu en fibre de verre. Utilisez un Dip Coater pour enduire le tissu de verre avec le dimensionnement rempli de f-GNP.

Ensuite, faites sécher le tissu enduit dans un four sous vide. Nettoyez une plaque d’acier avec de l’acétone. Placez un carré de film polymère antiadhésif des mêmes dimensions que les carrés de tissu en fibre de verre sur la plaque d’acier.

Placez les 14 carrés de tissu en fibre de verre enduit sur le film polymère, en veillant à ce que les bords soient alignés. Ensuite, placez l’assiette et le tissu dans un sac sous vide. À l’aide de ruban adhésif, scellez le sac sous vide.

Préchauffez le sac dans un four à 80 degrés Celsius. Dégazer le monomère DGEBA sous vide tout en agitant. Ajouter le durcisseur dans un rapport de poids monomère/durcisseur de 100 à 23 et remuer jusqu’à homogénéité.

Connectez une pompe à vide au sac d’aspirateur et effectuez des contrôles d’étanchéité. Connectez une longueur de tube en polymère au sac et immergez l’extrémité ouverte dans la résine époxy. Allumez la pompe à vide pour aspirer la résine dans le sac.

Une fois que le velours du tissu de verre est complètement imbibé de résine époxy, éteignez la pompe et fermez le sac. Faites durcir le stratifié dans le sac dans un four à 140 degrés Celsius pendant 8 heures. Ensuite, retirez le stratifié durci du sac sous vide.

Pour commencer la préparation des essais de déformation, usinez les échantillons de stratifié. Ensuite, nettoyez les surfaces de l’échantillon avec de l’acétone. À l’aide d’une peinture conductrice acrylique argentée, tracez deux lignes étroites espacées de 20 millimètres sur chaque échantillon.

Posez de fins fils de cuivre à plat le long de la peinture argentée humide pour agir comme des électrodes. Une fois la peinture sèche, fixez les fils en place avec un adhésif thermofusible. Configurer une machine d’essai mécanique pour un essai de flexion.

Pour chaque échantillon, mesurez la largeur et l’épaisseur à l’aide d’un pied à coulisse, avant de placer l’échantillon dans la machine. Réglez la vitesse d’essai et la position de départ en fonction de la taille et de l’emplacement de l’échantillon. Connectez les contacts électriques à un multimètre et mesurez la résistance électrique initiale entre les contacts.

Exécutez l’essai de flexion, en surveillant la résistance tout au long du processus. Pour vous préparer à l’essai de déformation, coupez le tissu en fibre de verre f-GNP en bandes de 10 millimètres de large. Et pour fixer des fils de cuivre au tissu avec de la peinture conductrice d’argent et un adhésif thermofusible.

Ensuite, fixez les bandes de tissu en fibre de verre f-GNP au pouce et aux trois premiers doigts d’un gant en nitrile à l’aide d’un adhésif thermofusible. Mesurez la résistance électrique initiale à travers le tissu sur chaque doigt. Effectuez une séquence de flexion des doigts tout en enregistrant la résistance électrique.

Commencez par plier le pouce, puis l’index, puis le majeur, puis l’annulaire. Pliez tous les doigts simultanément. Ensuite, avec une vitesse accrue, répétez la séquence du pouce à l’annulaire, et inversement.

L’incorporation de f-GNP dans la fibre de verre augmente la conductivité électrique du matériau, qui est affectée par la déformation induite. La résistance électrique normalisée augmente avec l’augmentation de la déformation en flexion. La rupture des fibres de verre au point de défaillance perturbe le réseau électrique, ce qui est perçu comme un saut de résistance normalisée.

Lorsque le tissu en fibre de verre f-GNP est appliqué sur les doigts d’un gant en nitrile, la flexion de chaque doigt et la durée du mouvement peuvent être suivies par des changements de résistance. La soumission des matériaux composites époxy f-GNP et fibre de verre f-GNP à des contraintes de compression et de traction a induit des modèles légèrement différents de changement de résistance électrique. En dessous d’un certain niveau de déformation de compression, la résistance électrique normalisée diminue progressivement avec l’augmentation de la déformation.

Au-delà, la résistance augmente. Cependant, la résistance électrique normalisée augmente avec la déformation de traction sur l’ensemble du terrain. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la détection et de la surveillance des matériaux pour explorer les dommages dans les composants structurels.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la préparation d’un matériau composite auto-détective et de sa surveillance en temps réel.