以內埋光柵監測含奈米碳管之纖維複合材料內部損傷

Abstract

本研究目的為監測纖維複合材料的內部損傷，透過混入奈米碳管及內埋光纖布拉格光柵感測器監測結構的完整性。研究中的實驗對象為玻璃纖維/環氧樹脂複合材料，實驗方法為反覆加卸載。監測內部損傷有兩大方向，分別為電壓監測與光柵監測。電壓監測方向主要為降低材料初始電阻，透過在玻璃纖維布上附著奈米碳管與內埋銅箔，達到提升電壓變化率敏感度的效果，及透過電壓變化率的趨勢解釋材料內部發生破壞的過程。光柵監測的方向主要為在材料中內埋光柵感測器監測破壞。改良後的電壓監測實驗結果能夠將材料內部的破壞歷程劃分為線性變化、非線性變化、電壓變化率陡升三種現象，當電壓變化率呈現非線性變化時，代表此時內部損傷不斷增加累積，陡升代表此時內部損傷發生一定程度上的破壞。內埋光柵感測器為局部地觀察內部損傷，將光柵內埋入交叉疊層0°層與90°層之間，觀察內部的損傷及分層現象，透過加卸載實驗觀察頻譜，可知內部損傷的發生過程，透過改變0°層的數量施作實驗，實驗結果可知光柵感測器在不同強度的材料內能夠一致的在20%~30%的拉伸破壞強度初步監測到損傷。光柵感測器監測損傷的能力落在試片的拉伸破壞強度前期，電壓監測的能力落在試片的拉伸破壞強度中後期，結合兩種非破壞檢測的方法提出一套結構完整性監測。