Strain Sensing Sulla base multiscala materiali compositi rinforzati con grafene Nanoplatelets

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di ottenere proprietà autosensibili nei materiali compositi per il monitoraggio della salute strutturale. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave in caso di errore di rilevamento automatico in mare, come la quantificazione di una deformazione e di un danno al posto dei parchi eolici off-shore e la previsione della durata del loro server. Il vantaggio principale di questa tecnica è che il danno può essere rilevato dal componente strutturale stesso.

Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sui danni strutturali dei materiali compositi, può essere applicato anche ad altri sistemi come l'analisi biomeccanica durante il recupero dagli infortuni. Per iniziare la preparazione, in una cappa aspirante senza condotto, mescolare a mano 24 grammi di nanopiastrine di grafene funzionalizzate con il monomero DGEBA. Per disperdere gli f-GNP nel monomero, prima sonicare la miscela con un sonicatore a sonda per 45 minuti.

Quindi, calandrare l'impasto tre volte, aumentando ogni volta la velocità del rullo. Dopo la dispersione, pesare il composto. Scaldare il composto a 80 gradi Celsius mescolando, quindi mettere il composto sotto vuoto.

Degassare il composto mescolando per 15 minuti. Pesare l'indurente in un rapporto in peso da 100 a 23 di monomero DGEBA / indurente. Togliere il composto dal vuoto e smettere di mescolare magneticamente.

Aggiungere l'indurente e mescolare a mano fino a ottenere un composto omogeneo. Dopo il degasaggio e la miscelazione manuale, mantenere il materiale epossidico f-GNP a 80 gradi Celsius sotto agitazione magnetica. Quindi, pulire una piastra di acciaio con acetone.

Usando le forbici per tessuti, taglia 14 strati di tessuto in fibra di vetro alle dimensioni desiderate. Scaldare il tessuto di vetro a 80 gradi Celsius in forno. Tagliare due quadrati di pellicola polimerica antiaderente delle stesse dimensioni del tessuto.

Posizionare la pellicola sulla piastra d'acciaio pulita. Usando un pennello, applicare uno strato di resina epossidica riempita con f-GNP su un quadrato del film polimerico. Posizionare con cura un quadrato di plastica in fibra di vetro riscaldata sulla pellicola ricoperta di resina epossidica, in modo che la resina epossidica e la pellicola siano completamente coperte.

Utilizzare un rullo di disaerazione per comprimere i materiali. Continuare ad applicare strati di resina epossidica e tessuto, comprimendo ogni volta, fino a quando tutto il tessuto rimanente non è stato utilizzato. Applicare un ultimo strato di resina epossidica e posizionare il restante quadrato di pellicola polimerica antiaderente sopra il laminato.

Polimerizzare il laminato in una pressa a piastra calda con una pressione crescente. In una cappa aspirante senza condotto, preparare una miscela uno a uno di agente di calibratura con acqua distillata. A questo si aggiungono 7,5 grammi di f-GNP.

Rimuovere la miscela dalla cappa aspirante e disperdere le nanopiastrine mediante sonicazione con sonda. Ritaglia 14 quadrati di tessuto in fibra di vetro. Utilizzare un Dip Coater per rivestire il tessuto di vetro con la collatura riempita f-GNP.

Quindi, asciugare il tessuto spalmato in un forno sottovuoto. Pulire una piastra di acciaio con acetone. Posizionare un quadrato di pellicola polimerica antiaderente delle stesse dimensioni dei quadrati di tessuto in fibra di vetro sulla piastra d'acciaio.

Posizionare i 14 quadrati di tessuto in fibra di vetro rivestito sulla pellicola polimerica, assicurandosi che i bordi siano allineati. Quindi, metti il piatto e il tessuto in un sacchetto sottovuoto. Utilizzando del nastro sigillante, sigillare il sacchetto sottovuoto.

Preriscalda il sacchetto in forno a 80 gradi Celsius. Degassare il monomero DGEBA sotto vuoto mescolando. Aggiungere l'indurente in un rapporto tra monomero e peso da 100 a 23 e mescolare fino a ottenere un composto omogeneo.

Collegare una pompa per vuoto al sacco a vuoto ed eseguire controlli delle perdite. Collegare un pezzo di tubo polimerico alla borsa e immergere l'estremità aperta nella resina epossidica. Accendi la pompa del vuoto per aspirare la resina nel sacchetto.

Una volta che il pelo del tessuto di vetro è completamente imbevuto di resina epossidica, spegni la pompa e sigilla il sacchetto. Polimerizzare il laminato nel sacchetto in forno a 140 gradi Celsius per 8 ore. Quindi, rimuovere il laminato polimerizzato dal sacchetto sottovuoto.

Per iniziare la preparazione per la prova di deformazione, lavorare i campioni di laminato. Quindi, pulire le superfici del campione con acetone. Utilizzando vernice conduttiva acrilica argento, tracciare due linee strette a 20 millimetri di distanza su ciascun campione.

Stendere sottili fili di rame in piano lungo la vernice d'argento bagnata per fungere da elettrodi. Una volta che la vernice si è asciugata, fissare i fili in posizione con adesivo hot-melt. Configura una macchina per prove meccaniche per una prova di flessione.

Per ogni campione, misurare la larghezza e lo spessore con un calibro, prima di posizionare il campione nella macchina. Impostare la velocità di prova e la posizione di partenza in modo appropriato per le dimensioni e la posizione del campione. Collegare i contatti elettrici a un multimetro e misurare la resistenza elettrica iniziale tra i contatti.

Eseguire il test di flessione, monitorando la resistenza per tutto il tempo. Per prepararsi alla prova di deformazione, tagliare il tessuto in fibra di vetro f-GNP a strisce larghe 10 millimetri. E per fissare fili di rame al tessuto con vernice conduttiva all'argento e adesivo hot-melt.

Quindi, attacca le bande in tessuto in fibra di vetro f-GNP al pollice e alle prime tre dita di un guanto in nitrile utilizzando l'adesivo hot-melt. Misura la resistenza elettrica iniziale attraverso il tessuto su ciascun dito. Eseguire una sequenza di piegatura delle dita mentre si registra la resistenza elettrica.

Inizia piegando il pollice, poi l'indice, poi il medio, quindi l'anulare. Piega tutte le dita contemporaneamente. Quindi, con maggiore velocità, ripetere la sequenza dal pollice all'anulare e viceversa.

L'incorporazione di f-GNP nella fibra di vetro aumenta la conduttività elettrica del materiale, che è influenzata dalla deformazione indotta. La resistenza elettrica normalizzata aumenta con l'aumentare della deformazione flessionale. La rottura delle fibre di vetro nel punto di guasto interrompe la rete elettrica, il che è visto come un salto nella resistenza normalizzata.

Quando il tessuto in fibra di vetro f-GNP viene applicato alle dita di un guanto in nitrile, la flessione di ciascun dito e la durata del movimento possono essere monitorate dai cambiamenti di resistenza. Sottoporre i materiali compositi epossidici f-GNP e f-GNP in fibra di vetro a deformazioni di compressione e trazione ha indotto modelli leggermente diversi di variazione della resistenza elettrica. Al di sotto di un certo livello di deformazione a compressione, la resistenza elettrica normalizzata diminuisce gradualmente con l'aumentare della deformazione.

Oltre a ciò, la resistenza aumenta. Tuttavia, la resistenza elettrica normalizzata aumenta con la deformazione di trazione per tutto il tempo. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo del rilevamento e del monitoraggio del materiale per esplorare i danni nei componenti strutturali.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come preparare il materiale composito autosensibile e di come monitorarlo in tempo reale.