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Annales de Chimie - Science des Matériaux

0151-9107
 

 ARTICLE VOL 29/6 - 2004  - pp.81-94  - doi:10.3166/acsm.29.6.81-94
TITRE
Les nanotubes de carbone peuvent-ils être utilisés pour détecter l’'endommagement des composites ?

TITLE
Can carbon nanotubes be used to sense damage in composites?

RÉSUMÉ

La mesure in-situ des contraintes et des déformations, couplée avec un suivi de l’'état de santé, améliorerait la durée de vie et la sûreté des structures composites. Différentes techniques d'’observation in-situ et d’'essais non destructifs ont été utilisées dans le passé. Cet article passe en revue les études et les applications possibles des méthodes électriques, telles que les mesures en courant continu sur les polymères renforcés par fibres. Dans le cas des mesures en courant continu sur les polymères renforcés par fibres de carbone (CFRP), les fibres de carbone elles-mêmes sont utilisées comme détecteur. Dans les polymères renforcés par fibres de verre (GFRP), un charge conductrice dans la matrice, comme du noir de carbone (CB) ou des nanotubes de carbone (CNT) peut jouer le rôle de détecteur à résistance. Il a été montré qu'’il est possible de suivre la déformation et la ruine, ainsi que de classer les différents mécanismes de ruine en conditions de chargement statique et dynamique, en utilisant des méthodes électriques. Pour pouvoir utiliser les possibilités des nanoparticules de carbone, des méthodes appropriées de fabrication doivent être trouvées. Le moulage de résine par transfert (RTM) a pu être appliqué avec succès à la fabrication de GFRP renforcés par des nanoparticules, contenant du CB et des CNT comme charges conductrices. Aucun filtrage des nanoparticules par les faisceaux de fibre de verre n'’a été observé. Le polymère renforcé par fibres de verre, avec une matrice époxy chargée en nanotubes, présente une amélioration significative des propriétés déterminées par la matrice comme la résistance au cisaillement interlaminaire. Le GFRP contenant 0,3 % en masse de nanotubes de carbone a double paroi fonctionnalisés (DWCNT-NH2) présente une conductivité électrique anisotrope, la conductivité dans le plan étant supérieur d’un ordre de grandeur à la conductivité hors du plan.



ABSTRACT

In situ stress and strain detection, together with health monitoring, would give improved durability and safety of composite structures. Different techniques for in situ observation and non-destructive testing have been used in the past. This paper gives an overview on investigations and possible applications of electrical methods such as d.c. measurements on fibre reinforced polymers. In the case of d.c. measurements in carbon-fibre reinforced polymer (CFRP), the reinforcing carbon fibres themselves are used as sensors. In glass-fibre reinforced polymer (GFRP) a conductive matrix fil1er such as carbon black (CB) and carbon nanotubes (CNT) can adopt the role of a resistance sensor. It has been shown that it is possible to monitor strain and failure as well as to classify different failure mechanisms in static and dynamic load conditions using electrical methods. In order to utilize the ablility of carbon nanoparticles, appropriate manufacturing methods have to be found. Resin transfer moulding (RTM) could successfully be applied in order to manufacture nanoparticle-reinforced GFRPs, containing CB and CNTs as conductive filler. A filtering effect of the nanoparticles by the glass fibre bundles was not observed. The glass-fibre reinforced polymer (GFRP) with nanotube/epoxy-matrix exhibits significantly improved matrix dominated properties like interlaminar shear strength. The GFRP containing 0.3 wt.% amino-functionalised double-wall carbon nanotubes (DWCNT-NH2) exhibit an anisotropic electrical conductivity, whereas the conductivity in plane is one order of magnitude higher than out of plane.



AUTEUR(S)
Bobo FIEDLER, Florian H. GOJNY, Malte H.G WICHMANN , Wolfgang BAUHOFER, Karl SCHULTE

Reçu le 5 octobre 2004.    Accepté le 26 octobre 2004.

MOTS-CLÉS
Essais non destructifs ; Suivi de santé ; Propriétés électriques ; Essais in-situ ; Structures intelligentes ; Nanotubes de carbone ; Polymères renforcés par fibre de verre.

KEYWORDS
Non-destructive testing; Health monitoring; Electrical properties; In situ testing; Smart structures, Carbon Nanotubes, GFRP

CITATIONS
acsm.revuesonline.com/revues/36/citation/8726.html

LANGUE DE L'ARTICLE
Anglais

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