Non-Destructive Evaluation of Composite Thermal Damage with Agilent’s New Handheld 4300 FTIR

Význam tématu

V současných odvětvích, jako je letecký průmysl, automotiv a sportovní zařízení, nahrazují uhlíkové a grafitové kompozity kovové díly díky nižší hmotnosti a vyšší pevnosti. Tyto materiály však mohou být skrytě poškozeny tepelnou expozicí z motorů, elektrických požárů nebo blesků. Včasná a neinvazivní detekce termického poškození je klíčová pro zajištění bezpečnosti, optimalizaci údržby a efektivní opravy kompozitních struktur.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem bylo ukázat schopnosti přenosného FTIR spektrometru Agilent 4300 Handheld FTIR při analýze termického poškození kompozitů přímo na místě. Studie zahrnuje vývoj chemometrických modelů metodou částečných nejmenších čtverců (PLS) pro různé typy vrchních i vnitřních epoxidových systémů a uhlíkových vláken.

Použitá metodika a instrumentace

Byly použity následující postupy:

• Spektroskopie FTIR v režimu difuzní reflexe s rozlišením 8 cm-1 a 64 součtenými interferogramy.
• Detektory: tradiční deuterovaný triglycin sulfát (DTGS) a rychlejší termoelementem chlazený kademnatý tellurid rtuťný (MCT).
• Příprava kalibračních vzorků vystavených teplotám 375–550 °F po dobu jedné hodiny.
• Vývoj a validace PLS modelů pro čtyři kombinace pryskyřice a typu uhlíkového vlákna (nesaný povrch, páska, tkanina, saný povrch).

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza prokázala:

• U nesaných vzorků roste intenzita oxidovaných karbonylových skupin (cca 1722 cm-1) s rostoucí teplotou expozice.
• U saných vzorků dochází především ke snižování absorbance dvojné aromatické karbonylové nebo sekundární amidové skupiny (cca 1670 cm-1), což odpovídá anaerobní degradaci pryskyřice.
• PLS modely dosáhly korelačního koeficientu R2 > 0,92 a relativní chyby predikce pod 5 % pro všechny čtyři materiály.
• Systém MCT zkrátil dobu skenování z 17 s na 7 s při zachování přesnosti, což je výhodné pro plošné měření.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje:

• Nedestruktivní a přenosné měření tepelného poškození přímo na objektu.
• Okamžité zobrazování výsledků s barevným kódováním podle úrovně poškození.
• Podporu rozhodnutí v reálném čase pro údržbu, broušení, obnova a kontrolu kvality.
• Analýzu širokého spektra pryskyřic, tkanin, páskových materiálů i povrchových úprav.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry vývoje:

• Integrace přenosných FTIR zařízení s drony a robotickými platformami pro inspekci obtížně přístupných míst.
• Rozšiřování databází kalibračních modelů pro nové typy pryskyřic a kompozitů.
• Implementace umělé inteligence pro rychlejší interpretaci spekter a predikci životnosti materiálu.
• Využití online monitoringu výrobních procesů ve výrobních linkách kompozitů.

Závěr

Agilent 4300 Handheld FTIR nabízí efektivní a ergonomické řešení pro nedestruktivní detekci tepelných poškození kompozitních materiálů. Kombinace MCT a DTGS detektorů, chemometrického zpracování dat a přenosnosti přístroje umožňuje rychlá, přesná a praktická měření přímo v terénu, což přispívá ke zvýšení bezpečnosti a optimalizaci provozních procesů.