Короткие нановолокна нейлона 6, полученные электропрядением, для повышения устойчивости углеродных композитов к повреждениям

21 марта 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

корректура

Университетом Ньюкасла в Сингапуре

Композиты из углеродного волокна являются предпочтительными конструкционными материалами из-за их высокой удельной прочности и модуля упругости. Однако ламинированная конструкция из углеродных композитов и анизотропная природа делают их чувствительными к внешней нагрузке. Поскольку хрупкая матрица контролирует свойства в плоском направлении и за его пределами, межламинарные области, богатые смолой, особенно подвержены растрескиванию матрицы. Такое начальное повреждение в конечном итоге перерастает в ограничивающий срок службы перелом, например, в расслоение при нагрузке режима II.

Для остановки возникновения и распространения трещин было использовано несколько методов, тем самым улучшая устойчивость композитов к повреждениям. Одним из наиболее многообещающих подходов является модификация эпоксидной смолы наночастицами из-за их высокого соотношения площади поверхности к объему и способности противостоять трещинам микронного масштаба. Однако наночастицы тесно связаны с агломерациями в микроструктуре, которые могут служить местами возникновения хрупких повреждений.

Короткие нановолокна нейлона 6, полученные электропрядением (рисунок а), были предложены в качестве альтернативного армирования эпоксидной смолы, поскольку их объемные механические свойства были сопоставимы со свойствами эпоксидной смолы. Ожидалось, что нановолокна с большой площадью поверхности и соотношением сторон создадут энергопоглощающие интерфейсы и механизмы наномасштабной прочности (рис. b). Изготовление включало прядение и укорачивание нановолокон с последующей модификацией эпоксидной смолы для изготовления композита из углеродного волокна с использованием вакуумной упаковки. Образцы были испытаны при квазистатическом нагружении при вдавливании в соответствии с ASTM D6264/D6264M-17.

Результаты показали улучшение пиковой силы, смещения и упругой прочности на 8,7, 8,8 и 53% при оптимальной концентрации нановолокон. Рост внешнего направленного урона был подавлен, а площадь поражения увеличилась незначительно. При оптимальной концентрации нановолокон площадь отслоения уменьшилась на 12,6%. Подавление разрушения волокон при сжатии и улучшенное межламинарное соединение обеспечили превосходные характеристики.

Эти недавно разработанные электропряденые углеродные композиты, армированные нановолокнами, пытаются решить классическую проблему плохой устойчивости композитов к повреждениям, обычно встречающуюся в аэрокосмической, морской и автомобильной промышленности. Повышение устойчивости к повреждениям, вероятно, приведет к снижению затрат на неразрушающий контроль и использованию композитных конструкций с низким коэффициентом безопасности.

Работу возглавлял Усаид Ахмед Шакил из Центра перспективных композитных материалов (CACM) Технологического университета Малайзии при поддержке шести членов команды, а именно профессоров Шукура Бин Абу Хасана, Язида Бин Яхьи, Мухаммада Асырафа Бин Мухаммада Ризаля, Ахмада Ильяса Бин Рушдана. , Мат Узир бин Вахит из Технологического университета Малайзии и Мохд Рузаими Мат Реджаб из Университета Малайзии в Паханге. Оно было опубликовано в журнале Polymer Composites.

Доцент Кхенг Лим Го из Университета Ньюкасла в Сингапуре, обладающий опытом в области технологии материалов, выступил техническим консультантом в этом проекте. Доцент Го отмечает: «Композиты из углеродного волокна в настоящее время широко применяются в авиационной и автомобильной промышленности благодаря своей высокой удельной прочности и жесткости, что позволяет самолетам и транспортным средствам быть более экономичными и экономичными. Однако несчастные случаи неизбежны, и Когда это происходит, ремонт может оказаться дорогостоящим с точки зрения материалов и времени.

«Я очень рад, что команда добилась больших успехов в разработке этого метода улучшения ударных свойств композитов из углеродного волокна. Я очень рад, что метод и результаты были опубликованы».