Smarta packningar med grafen: Övervaka egenskaper med virvelströmsensor
Gummipackning.
Gummipackning.
Resultat
Det är av ökande intresse för många branscher att digitalt koppla samman tätningsmaterial så att tätningsmaterialets skick kan bestämmas utan att behöva inspektera det visuellt. Den här typen av idéer finns inom den akademiska världen men har inte förverkligats i praktiken.
Virvelströmsavkänningsteknik kan användas för att upptäcka förändringar i kemiska och fysikaliska egenskaper hos gummi som innehåller kimrök, till exempel i tätningsmaterial. Tillsats av grafen i stället för en del av kimrök påverkar inte ledningsförmågan, men kan förbättra de mekaniska egenskaperna och motståndskraften mot förvrängningar på grund av snabb dekompression eller allmänt åldrande i gummitätningar som används i kritiska industrier.
I detta arbete har projektets mål uppfyllts. En litteraturstudie genomfördes, där det konstaterades att lite har gjorts kring användningen av virvelströmsteknik för att övervaka gummis egenskaper med åldrande. Vi fann att oavsett provets resistivitetsnivå kunde en virvelströmsrespons erhållas för alla gummiprover. Det fanns en ökande virvelströmssignal i proverna med ökande mängder kimrök/carbon black (CB) fram till den punkt där perkolationsnivån hade uppnåtts. Det fanns ingen signifikant ökning av virvelströmssvaret när CB ersattes med ökande mängder grafenflingor, vilket innebär att materialets perkolationsnivå inte påverkades nämnvärt av att CB ersattes med grafenflingor.
Ersättningen av extremt små viktprocent grafenflingor för CB i etylenpropendienmonomer (EPDM)-formuleringen gav ökade mekaniska egenskaper. Men ökande nivåer av grafenflak ger lägre hårdhet och lägre tryckhållfasthet. Efter åldrande var virvelströmssignalerna starkare, möjligen på grund av provets komprimering och ökade perkolationsvägar. Virvelströmssignalen kunde korreleras till en förändring av EPDM-materialets egenskaper.
Man drog slutsatsen att blandningsmetoden för grafen i polymeren före vulkanisering skulle kunna exfolieras i framtiden för att ge en större inverkan på egenskaperna med tillsats av grafen. Det finns sannolikt en stor potential för grafen att användas som en additiv med hög slagkraft för att förstärka gummimaterial, men arbetet med exfoliering av grafenflingorna i polymermaterialet måste utforskas. Det är också mycket troligt att virvelströmsteknik kan användas som en känslig metod för att avgöra när tätningsmaterialets egenskaper har förändrats så mycket att de måste ändras för att minska risken för fel. Den första produkten kan komma inom 2-3 år.
I framtiden kommer vi att försöka engagera slutanvändare som kan vara intresserade av denna teknik för att förbättra de mekaniska egenskaperna med grafen och använda virvelströmsteknik för att övervaka och kvantifiera egenskapsförändringar vid användning. Vi vill också att ett företag som arbetar med virvelströmsteknik ska ingå i konsortiet så att utvecklingen kan ske på detta område.
