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无损探伤新科技---机械响应聚合物

关键词:

圣灯探伤 检测材料

2014-06-10

转载自《中国钢铁新闻网》

美国《大众机械》杂志在线版将连同“机械响应聚合物(mechanophores)”在内的十组科技名词及其发展近况一一列出,并指出:这就是2011年人们必须知道的科技概念。

  1. 原理

  在自修复功能材料研究基础上进行扩展,利用包括环氧树脂涂层、纤维复合材料和橡胶等,过程是通过共价键将化合物螺吡喃巧妙融合到聚合材料中,当 中心某种成分链接断裂后,其从吸光形式转变成可见光谱,就使颜色发生变化。当机械响应聚合物这种材料受到力的作用时,它会改变颜色,因而可以看到材料的损 伤程度。

  应用

  作为一种无损探伤手段,可以用于许多场合,包括基础设施改造,各种物体的涂层,从桥梁到机翼,甚至对起重行业的钢丝绳进行检测,以维护高危险度作业的安全。

  意义

  该材料可降低其在关键结构中的过失疏忽。而且,当结构无法承重时,机械响应聚合物的变色将在其断裂前给出预警。

  据《大众机械》描述,以美国为例,基础设施需要全部更新,但很显然一切不可能一蹴而就,因此需要一个可靠的算法让人们知道哪一部分结构会最先崩溃,以便安排最为合理的改造计划。这时候,我们就可以拿出“机械响应聚合物”这项技术。

  当机械响应聚合物这种材料受到力的作用时,它会改变颜色,因而可以看到材料的损伤程度。这个现象的原理可以用于许多场合,除了大方面的基础设施改造,还可用于各种物体的涂层,从桥梁到机翼,甚至对起重行业的钢丝绳进行检测,以维护高危险度作业的安全。

  对于工程师们而言,这项技术令他们大松一口气,因为该材料可降低其在关键结构中的过失疏忽。而且,当金属和混凝土材料开始腐朽和无法承重时,众 多小裂缝是典型的提醒信号,但是在一般情况下,塑料断裂前几乎不会有任何征兆。而现在,机械响应聚合物的变色将在其断裂前给出预警。

  美国伊利诺斯大学的研究人员公布了对变色聚合材料的研究成果,就为更好地进行钢丝绳的检查和探伤铺平了道路。其在自修复功能材料研究基础上进行 扩展,利用包括环氧树脂涂层、纤维复合材料和橡胶等,过程则是通过共价键将化合物螺吡喃巧妙融合到聚合材料中,当中心某种成分链接断裂后,其从吸光形式转 变成可见光谱,就使颜色发生变化。尽管该技术还没有达到商业应用的水平,但却为开发出损伤探测的有效方法铺平了道路。

  扩展阅读:

  “大多数人对热或光可以诱导化学反应的现象很熟悉,” 伊利诺斯大学研究生和研究成果论文作者之一的Doug Davis说,“但对直接使用机械力引发化学反应的现象却鲜有人知。”   

  “过去在做这些实验时,要把复合物研磨在一起,使它们相互作用,直至聚合材料对剪切力或音频处理发生反应;或用原子力显微术的方法试验单链锁,来选择链锁和拉伸单个的链锁。 

  “我们没有把精力放在那些能够对机械力产生反应的材料或化合物上,而是设计出一种能够以非常特定和有效的方式做出反应的材料。我们称之为mechanophores(机械响应聚合物)。” 

  Davis说,这一过程是通过共价键将螺吡喃(前面提到的机械响应聚合物)融合到聚合材料中。螺吡喃不是融进聚合材料链中,就是将两个链联接在 一起,但两者之间并没有结合在一起,也就是说,它们吸收紫外光谱中的可见光。当中心共价的螺碳氧链接断裂后,其分子扭曲成平面共轭形式,从吸光形式转变成 可见光谱,使颜色发生变化。 

  “ 我们的目标是通过将它们拉开的方式打破这种结合,”Davis说。“这个分子实在是太小了,按常规是无法做到这一点的,因此我们用长聚合材料链给它安装了一个象征性的手把。 

  的两端,所以,当聚合材料被拉伸时,力通过结合点来传递。” 

  开发能够改变颜色的聚合材料还要面对许多问题,Davis说,目前还没有达到商业应用的水平。这里有阀值应变问题,其颜色变化的上限取决于聚合材料中螺吡喃的数量;对光和热的敏感度问题;以及褪色问题,当然褪色与周围环境的光线有关。 

  Davis说,解决这些问题的工作正在进行,其中最有可能的方法是用UV滤光镜减弱光的敏感性和改变螺吡喃或聚合材料的矩阵,以减轻热的冲击。解决了这些问题就为将这项技术用到产品上铺平了道路。这些产品中有符合材料和涂层,包括起重行业使用的某些缆索和钢丝。

  Davis说,最初的应用是损伤的探测,以及货运包裹中振动和倾斜检测器产品的诞生,可以探测到某些损伤。其它的应用有分析聚合材料的应力和检查损伤。 

  “我并不认为我们专门考虑了起重行业的应用问题,” Davis说。“但起重行业的应用是必然的。虽然不是完全相同,但我知道攀爬用绳的情况,这些绳子要经常检查,并且也有倍率数的计算问题。 

  “这样的技术可以通过防止过早报废状态仍旧良好的绳缆而降低成本,还由于可以方便地检测到绳缆的损伤而提高作业安全性。”

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