碳材料检测

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基于碳基复合材料的印刷弯曲传感器制备及性能研究

本论文使用碳黑,石墨,石墨烯等碳系浆料,与树脂和助剂混合制成可印刷油墨。通过比例调配、助剂效果比较,烧结温度,研磨次数等条件优化,研究不同组分、添加剂以及制备工艺对弯曲传感油墨的影响,并基于这一研究设计了两款机理不同的弯曲传感器。与现有的基于光学的弯曲传感器不同,本文设计的传感器主要是基于裂纹结构设计和复合材料界面微结构增强机理而制备的电阻型弯曲传感器。第一种传感器的工作原理是通过材料配方调配和工艺调整,使功能层在受弯曲应力时产生裂纹,导电网络部分断裂从而使器件整体电阻增大,并且由于裂纹可逆的断开和连接极大地提升了器件的灵敏度。传感器电阻与弯曲角度在0-90°内呈线性,线性方程为y=0.07509x+2.39091,相关系数R=0.98421。可以较为准确地测量传感器测量的应力弯曲角度。第二种传感器的工作原理是通过结构设计将力敏传感墨层与插指电极贴合,受弯曲时墨层与电极之间的接触面积增加,导电通道增多从而器件电阻变小。传感器电阻与弯曲角度在0-90°内呈线性,线性方程为y=-1.61242x+154.82909,相关系数为R=0.97779。该传感器除了能够测量弯曲角度外,还可检测垂直加载的压力,受力时传感器电阻与压力在0-160N 呈线性,线性方程为y=-2.68514x+189.62857,相关系数R=0.98902。本文设计的两种弯曲传感器均是通过丝网印刷的方式制备,具有大批量制造、绿色环保和低成本的应用优势。在工业机械手操控监测和人体关节骨骼健康管理等方面,有巨大的应用潜力。
检测样品: 碳材料
检测项: 弯曲传感器;碳基复合材料;印刷电子技术;柔性传感器

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依据ASTM D5528对CFRP进行DCB试验

传统材料相比,碳纤维增强塑料(CFRP)具有较高的比强度和比刚度,而且耐腐蚀性好,当前主要研究将其用于对强度和耐久性具有要求的飞机材料。但是,已知CFRP层压材料仅在增强方向(纤维方向)具有出色的力学特性,而非增强方向(层间方向等)的强度明显较低。另外,CFRP层压材料抗冲击性较差,受到冲击载荷时,材料内部可能产生层间剥离等损伤现象。因此,在设计和产品开发中纳入了损伤容限设计,旨在考虑材料内部的损伤对强度的影响。进行损伤容限设计时,需要确定抗裂纹扩展性,并进行断裂韧性试验。 对于 均质各向同性材料,通常只进行模式I(开口型)的断裂韧性试验,但对于由树脂基质和纤维构成的复合材料,由于其呈各向异性,因此,除模式I之外,模式Ⅱ(面内剪切型)、模式Ⅲ(面外剪切型)等各种模式的评价也很重要(参见图1)。DCB试验(Double Cantilever beamTest)是单纯进行模式I特性评价的试验。均质各向同性材料的韧性评价通常采用应力强度因子K,而作为各向异性材料的复合材料的层间断裂一般采用与应力强度因子K的平方正成比的应变能释放率G进行评价。 本文中通过进行依据ASTM D5528的DCB试验,获得了模式I的层间断裂韧性GIc。
检测样品: 碳材料
检测项: 强度 刚度

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