Jag accepterar att kakor lagras på min dator

Läs mer

Inbäddade optiska fibrer som töjningssensorer i polymerbaserade fiberkompositer. Vidhäftningens inverkan på töjningsöverföringen.

Inbäddade optiska fibrer som töjningssensorer i polymerbaserade fiberkompositer. Vidhäftningens inverkan på töjningsöverföringen. Beställ tryckt exemplar Lägg i kundvagnen
Författare: Ekroth Malin
Ort: Stockholm
Sidor: 32
Utgivningsår: 1994
Publiceringsdatum: 1994-07-25
Rapportnummer: (FOA C 20983-2.4)
Nyckelord optiska fiber, komposit, vidhäftning, utdragning, töjningsöverföring
Sammanfattning Optiska fibrer kan bäddas in i polymerbaserade fiberkompositer och fungera som töjningssensorer. Syftet med detta arbete var att undersöka inverkan av kemisk bindning melland den optiska fibern, dess skyddsskikt av polyimid och omgivande komposit, på töjningsöverföringen från kompositen till den optiska fibern. Optiska fibrer bäddades in i laminat tillverkat av kolfiberväv (Style No 4003/39"PW, från Textile Technologies Inc, Harboro, USA) och epoxi (LY 5138, och härdare HY 5138 viktfördelning 100:23, från Ciba Geigy). De optiska fibrerna lades i mitten av laminaten, parallellt med kolfibrerna. Laminaten härdades vid rumstemperatur under ca 20 timmar och därefter vid 80oC under 8 timmar. De optiska fibrernas polyimidskikt modifierades med ammoniak, kromsyra respektive polytetrafluoreten (teflon). Ytskikten på obehandlade fibrer (tvättade med aceton och etanol) och på fibrer modifierade med ammoniak respektive kromsyra karaktäriserades med FTIR-mikroskopi. Mängden N-H-grupper i polyimidskiktet ökade efter behandling med ammoniak och mängden C=O-grupper ökade efter behandling med kromsyra. Vidhäftningsgraden bestämdes genom att kraften mättes under lossnande och utdragning av den optiska fibern ur kompositen. Både de obehandlade fibrerna och fibrerna som modifierats med ammoniak lossnade mellan glasfibern och skyddsskiktet. De teflonbelagda fibrerna lossnade däremot mellan skiktet och kompositen.De modifierade fibrerna lossnade vid lägre belastning än de obehandlade fibrerna. Töjningen mättes under dragbelastning, både med resistiva töjningsgivare fastsatta på provstavarnas ytor, och optiskt med en Mach-Zehnder-interferometer. De optiska töjningarna, som uppmättes med den obehandlade fibern och med de modifierade fibrerna, överensstämde väl med töjningsgivarnas respons. Den kemiska bindningen mellan glasfibern/skyddsskiktet/kompositen har således för detta kolfiber/epoxisystem endast liten eller ingen inverkan på töjningsöverföringen. De inre spänningar (mekaniska tryck- och friktionskrafter) som uppstår under tillverkning av laminaten är tillräckliga för att överföra töjningar.
Abstract Optical fibres can serve as strain sensors embedded in load carrying polymer matrix fibre composites. The aim of this study was to investigate the influence of chemical bonding between the optical fibre, its protective polyimide coating and the surrounding composites, in strain transfer from the composite to the optical fibre. Optical fibres were embedded in laminates of carbon fibre (Style No 4003/39"PW, from Textile Technologies Inc, Hatboro USA) and epoxy (LY 5138 and curingagent HY 5138, weight distribution 100:23, from Ciba Geigy). The optical fibres were embedded in the midplane of the composite, oriented parallel to the carbon fibres. The laminates were cured at room temperature for 20 hours and subsequently at 80oC for 8 hours. Polyimide fibre coatings were modified with ammonia, chromic acid and polytetrafluoroethylene, respectivily. Untreated coatings and ammonia and chromic acid modified coatings were characterized by FTIR-microscopy. The amount of N-H-groups in the polyimide coating increased after ammonia treatment and the amount of C=O-groups increases after chromic acid treatment. The degree of adhesion was determined by measuring the force during debonding and pull-out of the optical fibre fromt composite. Debonding occured between the quartz fibre and the coating for both untreated and ammonia modified fibres. The PTEFcoated fibres debonded between the coating and the composite. The modified fibres debonded at a lower applied load than the untreated fibres. The strain during tensile loading was measured both with conventional resistance strain gauges mounted on the specified surfaces, and optically with a Mach-Zehnder-interferometer. The optically measured strains, obtained with the untreated fibre and the modified fibres, were all in good agreement with the response from the resistance strain gauges. It is concluded that the chemical bonding between the quartz fibre/coating/composite consequently has little or no influence on the strain transfer. Internal stresses (Mechanical pressure and friction forces) arising from the laminate fabrication process are sufficient for strain transfer.

Kundvagn

Inga rapporter i kundvagnen

FOI, Totalförsvarets forskningsinstitut

FOI
Totalförsvarets forskningsinstitut
164 90 Stockholm

Tel: 08-555 030 00
Fax: 08-555 031 00

Orgnr: 202100-5182