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

Význam tématu

Kompozitní materiály založené na uhlíkových vláknech nahrazují kovové konstrukce zejména v leteckém, automobilovém, vojenském a sportovním průmyslu díky snížení hmotnosti a zvýšení pevnosti. Tepelné poškození může vznikat při působení motorového nebo výfukového tepla, elektrických požárů či zásahu bleskem a často probíhá bez zjevných vizuálních změn, což vyžaduje citlivé nedestruktivní metody analýzy.

Cíle a přehled studie / článku

Představení Agilent 4300 Handheld FTIR jako přenosného přístroje pro analýzu tepelných změn v kompozitních materiálech přímo na místě. Studie popisuje vývoj spektrálních metod, chemometrických modelů (PLS) a jejich validaci na kompozitních panelech vystavených teplotám 190–288 °C po dobu jedné hodiny.

Použitá metodika

• Měření středně infračervené spektroskopie s rozlišením 8 cm⁻¹ a kumulací 64 interferogramů
• Příprava testovacích vzorků kompozitů s různými epoxidovými pryskyřicemi a uhlíkovými vlákny ve formě tkanin či pásků
• Termické vystavení vzorků po jedné hodině při teplotách 375 °F–550 °F (190–288 °C)
• Vývoj a kalibrace PLS modelů pro korelaci spektrálních změn s mírou tepelných expozic

Použitá instrumentace

• Agilent 4300 Handheld FTIR ve dvou verzích: s DTGS detektorem a s rychlejším MCT detektorem
• Difuzně odrazná sonda pro nedestruktivní měření povrchů kompozitů
• Integrovaný software Microlab s přednastavenými metodami, chemometrickými modely a barevnou indikací výsledků

Hlavní výsledky a diskuse

Spektrální data prokázala u neobroušených vzorků vzrůst oxidovaných karbonylových skupin kolem 1722 cm⁻¹ a u obroušených materiálů úbytek absorpce kolem 1670 cm⁻¹. Kalibrační modely dosáhly korelačních koeficientů R2 0,96–0,98 a relativní chybovosti pod 5 % ve validačních sadách. Verze s MCT detektorem zkracuje dobu sběru dat na přibližně 7 s oproti 17 s u DTGS, přičemž ergonomie a hmotnost (2,2 kg) zůstávají shodné.

Přínosy a praktické využití metody

• Nedestruktivní analýza tepelných poškození na místě bez odběru vzorků
• Okamžité výsledky s barevnou indikací stavu (zelená/červená) pro rychlá rozhodnutí při údržbě a opravách
• Ergonomická konstrukce umožňující měření ve složitých polohách
• Detekce kontaminantů (hydrokarbony, silikony) a ověření shody vzorku s kalibrací pomocí M-distancí

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření sloupců modelů pro další typy degradací (UV, chemická expozice)
• Integrace s bezpilotními systémy a robotickými inspektory pro automatizované skenování velkých ploch
• Vývoj pokročilých chemometrických algoritmů a cloudových řešení pro sdílení dat a centralizované vyhodnocení
• Uplatnění v oblasti QA/QC, výzkumu nových kompozitních matrik a optimalizaci procesů výroby a opravy

Závěr

Agilent 4300 Handheld FTIR se osvědčil jako spolehlivý a efektivní nástroj pro rychlé a přesné nedestruktivní vyhodnocení tepelných poškození kompozitních materiálů přímo v terénu. Díky mobilitě, ergonomii a integrovaným chemometrickým metodám podporuje efektivní rozhodování v údržbě a kontrole kvality kompozitních dílů v leteckém a průmyslovém sektoru.