Laser induced graphene for in-situ ballistic impact damage and delamination detection in aramid fiber reinforced composites

芳纶 材料科学 复合材料 分层(地质) 韧性 石墨烯 弹道冲击 复合数 纤维 俯冲 构造学 生物 古生物学 纳米技术
作者
Kelsey Steinke,LoriAnne Groo,Henry A. Sodano
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier BV]
卷期号:202: 108551-108551 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2020.108551
摘要

Aramid fiber reinforced polymer composites have been shown to exhibit impressive mechanical properties, including high strength-to-weight ratio, excellent abrasion resistance, and exceptional ballistic performance. For these reasons, aramid composites have been heavily used in high impact loading environments where ballistic properties are vital. In-situ damage monitoring of aramid composites under dynamic loading conditions typically requires externally bonded sensors, which add bulk and are limited by size and space constraints. To overcome these limitations, this work presents a piezoresistive laser induced graphene (LIG) interface for embedded impact sensing in aramid fiber reinforced composites. Through the monitoring of electrical impedance during ballistic impact, information regarding time and severity of the impact is obtained. The impact velocity correlates with the impedance change of the composites, due to delamination between aramid plies and damage to the LIG interface. The delamination length in Mode I specimens also correlates to changes in electrical impedance of the composite. The interlaminar fracture toughness and areal-density-specific V50 of the LIG aramid composites increased relative to untreated aramid composites. This work demonstrates a methodology to form multifunctional aramid-based composites with a LIG interface that provides both improved toughness and imbedded sensing of impact and damage severity during ballistic impact.

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