Штамм зондирования на основе Многомасштабное композитных материалов, армированных с графеновых нанопластинок

Общая цель этой процедуры заключается в достижении самочувствительных свойств в композитных материалах для мониторинга состояния конструкций. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области автоматического обнаружения сбоев в море, такие как количественная оценка деформации и повреждений на месте морских ветряных электростанций и прогнозирование срока службы их серверов. Основное преимущество данной методики заключается в том, что повреждения можно обнаружить по самой структурной составляющей.

Хотя этот метод может дать представление о структурных повреждениях композитных материалов, он также может быть применен к другим системам, таким как биомеханический анализ во время восстановления после травмы. Чтобы начать приготовление, в вытяжном шкафу без воздуховодов вручную смешайте 24 грамма функционализированных графеновых нанопластинок с мономером DGEBA. Чтобы диспергировать f-GNP в мономере, сначала произведите ультразвуковую обработку смеси с помощью зондового ультразвуковика в течение 45 минут.

Затем каландрируйте смесь три раза, каждый раз увеличивая скорость вращения ролика. После диспергирования взвесьте смесь. Нагрейте смесь до 80 градусов Цельсия во время помешивания, а затем поместите смесь под вакуум.

Дегазируйте смесь при помешивании в течение 15 минут. Взвесьте отвердитель в соотношении 100 к 23 по весу мономера DGEBA к отвердителю. Достаньте смесь из вакуума и прекратите магнитное перемешивание.

Добавьте отвердитель и перемешайте вручную до однородности. После дегазации и ручного смешивания держите эпоксидный материал f-GNP при температуре 80 градусов Цельсия при магнитном перемешивании. Затем очистите стальную пластину ацетоном.

С помощью ножниц для ткани отрежьте 14 слоев стеклоткани до нужных размеров. Разогрейте стеклоткань до 80 градусов Цельсия в духовке. Вырежьте два квадрата антиадгезивной полимерной пленки в тех же размерах, что и ткань.

Поместите пленку на чистую стальную пластину. С помощью кисти нанесите слой эпоксидной смолы, заполненной f-GNP, на один квадрат полимерной пленки. Аккуратно положите один квадрат нагретого стеклопластика на пленку, покрытую эпоксидной смолой, чтобы эпоксидная смола и пленка были полностью покрыты.

Используйте ролик для удаления воздуха для сжатия материалов. Продолжайте наносить слои эпоксидной смолы и ткани, сжимая каждый раз, пока не будет использована вся оставшаяся ткань. Нанесите последний слой эпоксидной смолы и поместите оставшийся квадрат антиадгезивной полимерной пленки поверх ламината.

Отверждайте ламинат в прессе с нарастающим давлением. В вытяжном шкафу без воздуховодов приготовьте смесь проклеивателя один к одному на дистиллированную воду. Добавьте к этому 7,5 граммов f-GNP.

Удалите смесь из вытяжного шкафа и диспергируйте нанопластинки с помощью ультразвуковой обработки зондом. Вырежьте 14 квадратов стеклоткани. Используйте аппарат для нанесения покрытий погружением, чтобы покрыть стеклоткань проклейкой, заполненной f-GNP.

Затем просушите ткань с покрытием в вакуумной печи. Очистите стальную пластину ацетоном. Поместите квадрат антиадгезивной полимерной пленки того же размера, что и квадраты стеклоткани на стальную пластину.

Поместите 14 квадратов стекловолоконной ткани с покрытием на полимерную пленку, следя за тем, чтобы края были выровнены. Затем поместите тарелку и ткань в вакуумный пакет. С помощью герметизирующей ленты запечатайте вакуумный пакет.

Предварительно разогрейте пакет в духовке при температуре 80 градусов Цельсия. Дегазируйте мономер DGEBA под вакуумом во время перемешивания. Добавьте отвердитель в соотношении мономера к массе отвердителя 100 на 23 и перемешайте до однородности.

Подключите вакуумный насос к вакуумному мешку и выполните проверку на герметичность. Подсоедините отрезок полимерной трубки к мешку и погрузите открытый конец в эпоксидную смолу. Включите вакуумный насос, чтобы набрать смолу в пакет.

Как только ворс стеклоткани полностью пропитается эпоксидной смолой, выключите насос, и закройте пакет. Отверждайте ламинат в пакете в духовке при температуре 140 градусов Цельсия в течение 8 часов. Затем извлеките отвержденный ламинат из вакуумного пакета.

Чтобы начать подготовку к деформационным испытаниям, обработайте образцы ламината. Затем очистите поверхности образца ацетоном. С помощью серебристой акриловой проводящей краски нарисуйте на каждом образце две узкие линии на расстоянии 20 миллиметров друг от друга.

Проложите тонкие медные провода ровно вдоль влажной серебряной краски, чтобы они действовали как электроды. Как только краска высохнет, зафиксируйте провода на месте термоплавким клеем. Сконфигурируйте машину для механических испытаний для испытания на изгиб

Для каждого образца измерьте ширину и толщину штангенциркулем, прежде чем поместить образец в машину. Установите тестовую скорость и начальное положение в соответствии с размером и расположением образца. Подключите электрические контакты к мультиметру и измерьте начальное электрическое сопротивление между контактами.

Проведите испытание на изгиб, контролируя сопротивление по всему участку. Чтобы подготовиться к испытанию на деформацию, разрежьте стеклоткань f-GNP на полосы шириной 10 миллиметров. А закрепить медные провода к ткани с помощью серебряной токопроводящей краски и термоклея.

Затем прикрепите ленты из стекловолокна f-GNP к большому пальцу и первым трем пальцам нитриловой перчатки с помощью термоплавкого клея. Измерьте начальное электрическое сопротивление по всей ткани на каждом пальце. Выполните последовательность сгибания пальцев, записывая электрическое сопротивление.

Начните с сгибания большого пальца, затем указательного, затем среднего, затем безымянного. Согните все пальцы одновременно. Затем с увеличенной скоростью повторяем последовательность от большого пальца к безымянному, и обратно.

Включение f-ГНП в стекловолокно увеличивает электропроводность материала, на которую влияет индуцированная деформация. Нормированное электрическое сопротивление увеличивается с увеличением изгибной деформации. Разрыв стекловолокна в месте отказа нарушает работу электрической сети, что рассматривается как скачок нормализованного сопротивления.

Когда стеклоткань f-GNP прикладывается к пальцам нитриловой перчатки, сгибание каждого пальца и продолжительность движения можно отследить по изменениям сопротивления. Воздействие эпоксидной смолы f-GNP и композитных материалов из стекловолокна f-GNP на сжатие и растяжение привело к несколько различным моделям изменения электрического сопротивления. Ниже определенного уровня сжимающей деформации нормированное электрическое сопротивление постепенно уменьшается с увеличением деформации.

Кроме того, сопротивление увеличивается. Однако нормализованное электрическое сопротивление увеличивается с растягивающей деформацией по всему телу. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области зондирования, мониторинга материала для изучения повреждений в структурных компонентах.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как готовится самочувствительный композитный материал, и как контролировать его в режиме реального времени.