夹芯复合材料VARI成型过程的微纳米传感器监测

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shishuhu45
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真空辅助树脂灌注成型(VARI)工艺适合制造大尺寸、复杂形状的复合材料结构。为了保证复合材料产品质量,需要对制造过程中树脂的充模和固化信息进行精确有效的实时在线监测。鉴于碳/氮化物MXene和碳纳米管(CNTs)具有优异的导电性和良好的树脂相容性。本文采用逐层自组装工艺制备了一种高灵活性和灵敏度的柔性MXene/CNT薄膜传感器,利用扫描电镜对MXene/CNT薄膜的原始微观形貌进行表征,并对其传感机理进行了研究。在VARI工艺过程中将微纳米传感器嵌入复合材料的增强纤维层间或纤维与夹层结构之间,通过电阻测试采集平台获取传感器的电阻响应信息,建立微纳米结构三维交联网络导电模型,揭示传感器的电阻响应传感机理,阐明树脂充模过程中流动状态和传感器电阻信号之间的响应规律,并结合达西定律获得树脂对不同增强纤维层的渗透率。在监测树脂充模流动的同时,利用微纳米传感器进行树脂固化过程监测。完成制造监测后,微纳米传感器在复合材料结构中可执行结构健康监测的任务,实现复合材料的全寿命监测。研究表明,嵌入复合材料结构中的微纳米传感器可以有效的通过捕捉电阻响应信号,反馈出树脂充模过程中的流动状态和固化相态变化。通过微纳米传感器获得的树脂凝胶点为134℃,与DMA方法测试结果几乎一致。然后对布阵微纳米传感器的纤维增强复合材料层压板进行拉伸、弯曲和疲劳力学性能测试,结果表明通过微纳米传感器可以灵敏、准确的响应出复合材料结构的应变/应力状态。同时,通过碳纳米纸和MXene/CNT薄膜两种传感器监测结果的对比分析,证明微纳米传感器监测结果的准确和稳定性。本论文研究成果将为工程中复合材料液体成型工艺参数设计和复合材料全寿命健康监测提供理论基础和技术支撑。
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