Strain Sensing Baseado em Multiscale Materiais Compósitos reforçados com grafeno Nanoplatelets

O objetivo geral deste procedimento é obter propriedades de autodetecção em materiais compósitos para monitoramento da integridade estrutural. Este método pode ajudar a responder a questões-chave na falha de detecção automática do mar, como a quantificação de uma tensão e dano no lugar de parques eólicos off-shore e a previsão da vida útil do servidor. A principal vantagem dessa técnica é que o dano pode ser detectado pelo próprio componente estrutural.

Embora esse método possa fornecer informações sobre danos estruturais de materiais compósitos, ele também pode ser aplicado a outros sistemas, como análise biomecânica durante a recuperação de lesões. Para iniciar a preparação, em uma capela sem dutos, misture manualmente 24 gramas de nanoplaquetas de grafeno funcionalizadas com monômero DGEBA. Para dispersar os f-GNPs no monômero, primeiro sonicar a mistura com um Sonda Sonicator por 45 minutos.

Em seguida, calandra a mistura três vezes, aumentando a velocidade do rolo a cada vez. Após dispersão, pesar a mistura. Aqueça a mistura a 80 graus Celsius enquanto mexe e coloque a mistura sob vácuo.

Desgaseifique a mistura mexendo por 15 minutos. Pesar o endurecedor numa proporção ponderal de 100 para 23 de monómero DGEBA para endurecedor. Remova a mistura do vácuo e pare a agitação magnética.

Adicione o endurecedor e mexa com a mão até ficar homogêneo. Após a desgaseificação e a mistura manual, mantenha o material epóxi f-GNP a 80 graus Celsius sob agitação magnética. Em seguida, limpe uma placa de aço com acetona.

Usando uma tesoura de tecido, corte 14 camadas de tecido de fibra de vidro nas dimensões desejadas. Aqueça o tecido de vidro a 80 graus Celsius em um forno. Corte dois quadrados de filme de polímero antiaderente nas mesmas dimensões do tecido.

Coloque o filme na placa de aço limpa. Usando um pincel, aplique uma camada de epóxi preenchido com f-GNP em um quadrado do filme de polímero. Coloque cuidadosamente um quadrado de plástico de fibra de vidro aquecido no filme coberto com epóxi, para que o epóxi e o filme fiquem completamente cobertos.

Use um rolo de desaeração para comprimir os materiais. Continue aplicando camadas de epóxi e tecido, comprimindo a cada vez, até que todo o tecido restante tenha sido usado. Aplique uma última camada de epóxi e coloque o quadrado restante do filme de polímero antiaderente em cima do laminado.

Cure o laminado em uma prensa de placa quente com pressão crescente. Em uma capela sem dutos, prepare uma mistura de um para um de agente de colagem em água destilada. Adicione a isso 7,5 gramas de f-GNPs.

Remova a mistura da hotte e disperse as nanoplaquetas por sonicação da sonda. Corte 14 quadrados de tecido de fibra de vidro. Use um Dip Coater para revestir o tecido de vidro com o tamanho preenchido com f-GNP.

Em seguida, seque o tecido revestido em um forno a vácuo. Limpe uma placa de aço com acetona. Coloque um quadrado de filme de polímero antiaderente das mesmas dimensões dos quadrados de tecido de fibra de vidro na placa de aço.

Coloque os 14 quadrados de tecido de fibra de vidro revestido no filme de polímero, garantindo que as bordas estejam alinhadas. Em seguida, coloque o prato e o tecido em um saco a vácuo. Usando fita selante, feche o saco de vácuo.

Pré-aqueça o saco em um forno a 80 graus Celsius. Desgaseifica o monómero DGEBA sob vácuo enquanto agita. Adicione o endurecedor em uma proporção de 100 a 23 monômeros para o peso do endurecedor e mexa até ficar homogêneo.

Conecte uma bomba de vácuo ao saco de vácuo e execute verificações de vazamento. Conecte um pedaço de tubo de polímero ao saco e mergulhe a extremidade aberta na resina epóxi. Ligue a bomba de vácuo para puxar a resina para dentro do saco.

Assim que a pilha de tecido de vidro estiver completamente embebida em resina epóxi, desligue a bomba e feche o saco. Catalise o laminado no saco em forno a 140 graus Celsius por 8 horas. Em seguida, remova o laminado curado do saco de vácuo.

Para iniciar a preparação para o teste de deformação, usinar as amostras de laminado. Em seguida, limpe as superfícies da amostra com acetona. Usando tinta condutora acrílica prateada, desenhe duas linhas estreitas separadas por 20 milímetros em cada amostra.

Coloque fios finos de cobre ao longo da tinta prateada úmida para atuar como eletrodos. Depois que a tinta secar, fixe os fios no lugar com adesivo hot-melt. Configure uma máquina de teste mecânico para um teste de flexão.

Para cada amostra, meça a largura e a espessura com pinças, antes de colocar a amostra na máquina. Defina a velocidade de teste e a posição inicial apropriadamente para o tamanho e localização da amostra. Conecte os contatos elétricos a um multímetro e meça a resistência elétrica inicial entre os contatos.

Execute o teste de flexão, monitorando a resistência por toda parte. Para se preparar para o teste de tensão, corte o tecido de fibra de vidro f-GNP em tiras de 10 milímetros de largura. E para fixar fios de cobre ao tecido com tinta condutora de prata e adesivo hot-melt.

Em seguida, prenda as faixas de tecido de fibra de vidro f-GNP no polegar e nos três primeiros dedos de uma luva de nitrilo usando adesivo hot-melt. Meça a resistência elétrica inicial no tecido de cada dedo. Execute uma sequência de flexão dos dedos enquanto registra a resistência elétrica.

Comece dobrando o polegar, depois o indicador, depois o meio e depois os dedos anelares. Dobre todos os dedos simultaneamente. Em seguida, com maior velocidade, repita a sequência do polegar ao dedo anelar e vice-versa.

A incorporação de f-GNPs na fibra de vidro aumenta a condutividade elétrica do material, que é efetuada pela deformação induzida. A resistência elétrica normalizada aumenta com o aumento da tensão de flexão. A quebra das fibras de vidro no ponto de falha interrompe a rede elétrica, o que é visto como um salto na resistência normalizada.

Quando o tecido de fibra de vidro f-GNP é aplicado aos dedos de uma luva de nitrilo, a flexão de cada dedo e a duração do movimento podem ser rastreadas por mudanças na resistência. Sujeitar os materiais compósitos de fibra de vidro epóxi f-GNP e f-GNP a deformação compressiva e de tração induziu padrões ligeiramente diferentes de mudança na resistência elétrica. Abaixo de um certo nível de tensão compressiva, a resistência elétrica normalizada diminui gradualmente com o aumento da tensão.

Além disso, a resistência aumenta. No entanto, a resistência elétrica normalizada aumenta com a tensão de tração por toda parte. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores da área de sensoriamento, monitorando material para explorar danos em componentes estruturais.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como preparar material composto com detecção automática e como monitorá-lo em tempo real.