Nano-enabled polymers as embedded sensing electrodes in fibre-reinforced polymer composites

Abstract

Polyuretan ble kombinert med nanoadditivene grafitt og karbon nanorør for å skape en elektrisk ledende elastomer, som videre ble implementert i en epoxy-karbonfiber kompositt for å gjøre bruken av karbonfiber-kompositter som strekksensor mulig. For å sette metoden på prøve ble det utført materialtester for å avgjøre mekaniske og elektriske materialegenskaper hvor den beste kombinasjonen ble avgjort til å være 3 vekt% karbon nanorør med aceton som løsemiddel. Bindingsstyken mellom epoxy og polyuretan ble testet ved å lage prøvestaver som forbinder det fysiske grensesnittet mellom de to materialene. De to bestanddelene ble kombinert i forskjellig tidsintervall for å avgjøre om herdetilstanden til bestanddelene avgjorde styrken på forbindelsen. Det ble konkludert med at bindestyrken øker hvis de to fysiske grensesnittene mellom bestanddelene blandes, i forhold til de ublandede grensesnittene hvor overflateruheten har den største innvirkningen. Det samlede systemet bestående av en karbonfiber kompositt med påsatte polyuretan-elektroder ble satt på prøve ved å utføre last-/avlastningstesting. Resultatet fra denne testen konkluderer at det er en betydelig endring av elektrisk ledeevne under statisk testing, og at denne metoden for å introdusere ledere kan være en mulig skalerbar modell for bruk i industrien.

This paper explores a method for introducing polyurethane (PUR) electrodes into a carbon fibre reinforced polymer (CFRP) composite to enable the use of the composite structure as a strain sensor, among other uses.

To be able to use polyurethane as electrodes, nanoadditives is added due to the high electrically insulating nature of the material. The materials used to create conductivity in the polyurethane are graphite and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). Various concentrations of nanoadditives in PUR are then tested to find the most suitable properties for this application.

This is done by performing mechanical and electrical material tests of the electrodes, testing the adhesion capabilities between epoxy and polyurethane and carrying out load-unload testing where the composite acts as a strain sensor.