方法論記事

グラフェンナノプレートレットとマルチスケール複合材料強化に基づくひずみセンシング

DOI：

10.3791/54512

⸱

2016年11月7日

 ,  ,  ,  ,  , 
1Materials Science and Engineering Area, University Rey Juan Carlos

この記事について

サマリー

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ガラス繊維複合材料に、このようなグラフェンナノプレートレットなどの導電性ナノ粒子、の統合は、歪みの影響を受けやすい固有の電気ネットワークを作成します。ここでは、エポキシマトリックス中に又はガラス織物上のコーティングとしてグラフェンナノプレートレットの添加に基づいて、歪センサを得るための異なる方法が提案されています。

要約

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

検討したNH 2の電気的応答は、ひずみの下でグラフェンナノプレートレット複合材料を-functionalized。エポキシマトリックスと同じナノプレートレットで充填されたサイズを有するガラス織物の（b）は、コーティング中にナノプレートレットの（a）の取り込み2つの異なる製造方法が、この研究で電気ネットワークを作成するために提案されています。約10 -3 S / Mの面内導電率を有するマルチスケール複合材料の両方のタイプは、その上のものの間に、隣接する官能性グラフェンナノプレートレットと接触損失との引き離しに起因する歪みが増大するにつれて、電気抵抗の急激な増加を示しました。記載された手順を用いて、この研究の間、分析材料の感度は、市販のひずみゲージよりも高いことが示されています。構造用複合材料の自己センシングのための提案された手順は、構造ヘルスモニタを容易にするであろうこのようなオフショア風力発電ファームとしてemplacementsにアクセスすることは困難でコンポーネントでる。マルチスケール複合材料の感度はひずみゲージとして使用される金属箔の感度、NH 2官能化グラフェンナノプレートレットコーティングされたファブリックで達した値よりもかなり高かったが、優れた大きさのほぼ順でした。この結果は、指や膝の屈曲などの人間の動きを監視するために、スマートファブリックとして使用される可能性を明らかにしました。提案された方法を用いて、スマートファブリックは直ちに曲がりを検出し、即座に回復できます。この事実は、正確な曲げ加工の時間の監視だけでなく、曲げの程度を可能にします。

概要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

構造ヘルスモニタリング（SHM）があるため構造1-3の残りの寿命を知る必要のますます重要になってきています。今日では、このような洋上風力発電プラント、保守作業におけるより高いリスクにリードだけでなく、より大きなコスト2-4のようなアクセスの場所に難しいです。セルフセンシング材料が原因で自己監視歪みや損傷5の能力にSHMの分野での可能性のうちの1つを構成しています。

風力タービンの場合には、ブレードは、一般に、電気的に絶縁体であるガラス繊維/エポキシ複合材料で製造されます。この複合材料に自己検出特性を付与するために、歪み及び損傷を受けやすい固有の電気回路網を作成する必要があります。過去数年の間に、このような銀ナノワイヤ6,7、カーボンナノチューブ（CNT）8-10、およびグラフェンのナノプレートレット（のGNP）11-13のような導電性ナノ粒子の取り込みこの電気ネットワークを作成するために検討されています。これらのナノ粒子は、ポリマーマトリックス中に、ガラス繊維織物14をコーティングすることにより、フィラーとしてのシステムに組み込むことができます。これらの材料は、他の産業分野に、 すなわち、航空宇宙、自動車、土木5適用することができ、コーティングされたファブリックは....

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

プロトコル

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

マルチスケール複合材料のための官能化グラフェンナノプレートレット充填エポキシの調製

  1. エポキシ樹脂に（F-のGNP）の官能化グラフェンナノプレートレットを分散させます。
    1. ダクトレスヒュームフードの内側に、最終的なナノ複合材料の12重量％を達成するために、F-のGNPの24.00グラムを計量。
    2. 均質性を達成するために、それを混ぜ、手動でビスフェノールAの143.09グラムジグリシジルエーテル（DGEBA）モノマーを追加します。
    3. 超音波処理、カレンダー20を処理するプローブ組み合わせTwoStepに法によりモノマーにF-たGNPを分散させます。
      1. 振幅の50％で混合し、45分間0.5秒のサイクルを超音波処理します。
      2. 250回転、300回転数350回転：5ミクロンのローラギャップを使用してカレンダー加工し、各サイクルでのローラー速度を増加させる3サイクルを適用します。
      3. F-GNP /分散を終了した後、モノマーの混合物を計量。
    4. アンクルF-GNP /モノマー混合物を脱気しR真空、15分間80℃で磁気攪拌。
    5. 計量し、100の重量比で硬化剤を追加：23（モノマー：硬化剤）と、手動で均質性を達成するまで撹拌します。

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

結果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

2つの異なる材料を得るためのプロトコルは、手順に記載されています。違いは、ナノ補強監視株に使用することができる電気ネットワークを実現するために、複合材料中に組み込まれている方法です。第一の方法は、スマートファブリックとして使用することができ、F-GNPのサイズを有するガラス繊維織物のコーティングから成る（F-GNP /ガラス繊維と命名）、またはポリマーマトリックスマルチスケール複合材料の強化材として（F-GNP /ガラス名付け繊維複合材料）。他の方法は、（F-GNP /エポキシ複合材料呼ばれる）F-たGNPは、連続補強材としてガラス繊維を用いた複合材料のエポキシマトリックスのナノ補強あります。樹脂の注入は、それが、業界で使用される最も一般的な方法の一つであるので、VARIMを用いて行ったが、他の方法を使用することができます。代替的な製造方法は、樹脂トランスファー成形（RTM）とすることができます。

これにより、ガラス繊維の断熱の文字に、上記のプロトコルに従って、F-のGNPの組み込みがの増加を引き起こす材料内部の電気ネットワークを作成し、1 ">："キープ.......

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

ディスカッション

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

nanoreinforced複合材料の自己センサー特性は、エポキシマトリックスを通って、歪みが誘導されるときに変更されたガラス繊維に沿ってF-のGNPによって作成された電気回路網によるものです。センサーの電気的挙動が強く材料の微細構造に依存するため、F-のGNPの分散は、その後、非常に重要です。ここでは、エポキシマトリックスへのGNPの良好な分散を達成するために、電気伝導性の損失を引き起こすナノ粒子のしわを避けるために最適化された手順を提示します。重要なステップは、超音波処理（動作パラメータ）、カレンダープロセス（ロールギャップと速度）です。これらのステップは強くマルチスケール複合材料の機械26、熱27と電気28特性に影響を与えます。通常、ナノ補強の分散液をナノコンポジット29,30 <の硬化前に蒸発させる必要があり、その溶媒中に行われます/ SUP>。本研究で提案された方法では、溶媒の使用は、より環境に優しい製造回避されます。また強く、従って、複合材料の微細構造に影響を与え、プロトコル、別のステップでは、センサの電気的挙動、マルチスケ.......

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

開示事項

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

著者らは開示するものは何もない。

謝辞

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

著者らは、スペイン政府のMINISTERIOデエコノミアのy Competitividad（プロジェクトMAT2013-46695-C3-1-R）とコムニダード・デ・マドリッド政府（P2013 / MIT-2862）を感謝したいです。

....

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
グラフェンナノプレートレットXGScienceM25NA
エポキシ樹脂 ハンツマンアラルダイトLY556NA
XB3473NA
プローブ超音波処理ヒールシャー UP400S NAの
3本ロールミルExaktExakt 80E (Exakt GmbH)NA
ガラス繊維生地HexcelHexForce ® 01031 1000 TF970 E UD 4H NAの
ホットプレートプレスFontijne Fontijne LabEcon300NA
サイジング NanocylSizicylTMNA
マルチメーターアラバ IngenierosAgilent 34410A NAの
ひずみゲージVishayMicro-Measurement (MM®)CEA-06-187UW-120 NAの
機械試験機ツヴィックツヴィック/ローエル 100 kNNA
導電性シルバー塗料Monocomp16062 –ペルコ®導電性シルバーペイントNA
・

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Farrar, C. R., Worden, K. An introduction to structural health monitoring. Philos Trans Math Phys Eng Sci. 365, 303-315 (2007).
  2. Lorenzo, E. D., et al. Structural Health Monitoring challenges on the 10-MW offshore wind turbine model. J Phys Conf Ser

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

再版と許可

このJoVE記事のテキストまたは図の再利用許可をリクエスト

許可をリクエスト

タグ

Electrical ResistanceFlexural TestSelf Sensing MaterialsStructural Health MonitoringFunctionalized GrapheneEpoxy MatrixGlass Fiber Fabric

関連記事