基于纺织预制体及其复合材料损伤检测用AIE传感器的研究
纺织复合材料在成型和服役过程中的损伤检测已成为人们关注的重点。目前，聚集诱导发射（Aggregation-InducedEmission，AIE）材料由于其在固态下具有强烈的发光行为被广泛应用于传感器、显示器等。基于聚集诱导发射特性，本研究设计出用于纺织预制体及其复合材料损伤检测用AIE传感器，用以实现损伤情况的实时和高效检测。 本文首先通过一步法合成典型AIE特性材料四苯乙烯（TPE），对TPE分子进行硝基基团的接枝，制备出具有AIE特性的机械发光材料四硝基-四苯乙烯（TPE-4N）。通过核磁共振、荧光发射光谱等表征方法研究TPE和TPE-4N的结构和荧光特性。结果表明，在紫外光下，TPE和TPE-4N分别表现出强烈的蓝光发射和绿光发射。通过机械研磨和加热退火可以控制TPE-4N的荧光开启与关闭，其主要归因于分子结晶态与非晶态之间的相互转化。 为研究纱线在预制体成型过程中的损伤情况，以涤纶纱线为芯纱，TPU为柔性基底，通过共轭静电纺丝法将TPE以荧光纳米纤维的形式包缠在涤纶纱线上，制备出TPE纱线传感器。采用正交试验法对纺丝参数进行优化，研究了TPE纱线传感器的力学性能、荧光性能等。通过将其分别与陶瓷基材料、不锈钢材料以及TPE纱线相互摩擦用来模拟预制体成型过程中的纱线-陶瓷基导纱器、纱线-钢筘、纱线-纱线之间的摩擦损伤，该传感器可以通过荧光变化来反馈损伤情况。研究结果表明，通过30次摩擦测试后，该传感器在与陶瓷基材料、不锈钢材料以及TPE纱线摩擦后的荧光强度分别降低到71.4％、58.3%%和66.7%。利用涤纶纱线在相同条件下摩擦后的断裂强度来验证TPE纱线传感器的实用性。因此，TPE纱线传感器可用于检测纺织预制体成型过程中的损伤。 基于TPE-4N具有高对比度的荧光发射，通过涂覆法在[0,90]7、[±45]7和[0,90]4[±45]3结构复合材料表面形成一层TPE-4N薄膜传感器。通过SEM、XRD、荧光发射光谱等测试研究了TPE-4N薄膜的结构形貌和荧光性能。TPE-4N薄膜传感器的荧光图像可以清晰地显示出复合材料的典型损伤，例如树脂基体开裂、纤维增强体断裂、分层等。同时，TPE-4N荧光图像可以实时反馈复合材料在损伤过程的变化情况。此外，通过剪切损伤引起的典型荧光图像对复合材料设定可修复预警值，可以对复合材料在服役中的损伤进行实时监测，起到延长使用寿命的作用。
复合材料;损伤检测;聚集诱导发射;纺织预制体;机械发光
天津工业大学
硕士
纺织工程
姜茜;张发
2022
中文
TB33
2023-07-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）