Блог

Jun 04, 2023

ВОЗ

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 5092 (2023) Цитировать эту статью 741 Доступ к метрикам Подробности Среди различных фундаментальных аспектов, которые определяют проектирование и разработку удлиненных

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5092 (2023) Цитировать эту статью

741 Доступов

Подробности о метриках

Среди различных фундаментальных аспектов, которые определяют проектирование и разработку удлиненных многоматериальных структур с помощью технологии «преформа-волокно», методологии объединения материалов играют решающую роль. Они существенно влияют на количество, сложность и возможные комбинации функций, которые могут быть интегрированы в отдельные волокна, определяя тем самым их применимость. В данной работе исследуется стратегия совместного вытягивания для производства моноволоконных микроволокон из уникальных стеклополимерных ассоциаций. В частности, метод расплавленного ядра (MCM) применяется к нескольким аморфным и полукристаллическим термопластам для их интеграции в более крупные стеклянные конструкции. Установлены общие условия, в которых может применяться МКМ. Показано, что классические требования совместимости по температуре стеклования для стеклополимерных ассоциаций могут быть преодолены и что другие составы стекол, кроме халькогенидов, можно термически растягивать с помощью термопластов, здесь рассматриваются оксидные стекла. Затем представлены композитные волокна различной геометрии и композиционных профилей, чтобы проиллюстрировать универсальность предлагаемой методологии. Наконец, исследования сосредоточены на волокнах, полученных из ассоциации полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) с теллуритом и фосфатными стеклами. Показано, что при соответствующих условиях удлинения кинетику кристаллизации ПЭЭК можно контролировать при термическом растяжении и кристалличности полимера вплоть до 9 масс. % достигаются в конечном волокне. Считается, что такие новые ассоциации материалов, а также способность настраивать свойства материалов внутри волокон могут вдохновить на разработку нового класса гибридных удлиненных объектов с беспрецедентными функциональными возможностями.

Многоматериальные волокна значительно стимулируют разработку новых поколений миниатюрных устройств и компонентов, применение которых охватывает все технологические области (здравоохранение, энергетика, электроника, окружающая среда, оборона, телекоммуникации и т. д.). Изготовление таких замечательных и, несомненно, полезных объектов основано на передовых процессах формования материалов, которые необходимы для одновременного внедрения в волокна множества функциональных возможностей. Благодаря активному вкладу сообщества науки о материалах, диапазон материалов, которые могут быть интегрированы в волоконные сборки1, а также их возможные комбинации и способы их расположения внутри удлиненных структур, теперь значительно расширились2,3,4,5. Для достижения этой цели были реализованы многочисленные стратегии подготовки преформ и нетрадиционные методы термического волочения, такие как метод штабелирования и вытягивания6,7, методы вставки8,9 (на основе метода «стержень в трубке»10,11), экструзия12, аддитивное производство13, 14,15, а также прямой ввод провода 16,17 и так далее. Среди популярных стратегий подготовки волокон из нескольких материалов метод расплавленной сердцевины (MCM) является одним из основных привлекательных решений для проектирования сложных гибридных удлиненных структур18. MCM основан на следующем принципе: материал сердцевины вставляется в аморфную оболочку для формирования макроскопической заготовки, а затем сборка растягивается на тонкие непрерывные волокна с использованием обычного оборудования для вытягивания волокон, с той особенностью, что во время процедуры растяжения сердцевина материал находится в расплавленном состоянии, а аморфный плакирующий материал лишь размягчается. Другими словами, оболочка действует как опора, ограничивающая поток жидкого материала сердцевины. На ранних стадиях разработки метода расплавленной сердцевины19 этот метод относился к процедурам термического удлинения, во время которых происходили химические взаимодействия внутри смеси материалов активной зоны или между расплавленной сердцевиной и оболочкой. Этот процесс позволит производить новые материалы, которые нельзя было бы синтезировать другим способом или которые нельзя было бы интегрировать в волокна с помощью обычного процесса вытяжки. В настоящее время этот метод в более широком смысле обозначает процедуры термического удлинения, во время которых материал сердцевины вытягивается, находясь в расплавленном состоянии20. До сих пор МСМ в основном использовался для внедрения в волокна неорганических, нетрадиционно растягивающихся материалов (композиций стекла с высоким содержанием редкоземельных элементов, полупроводников, металлов и т. д.), но для внедрения полимеров в волокна. удлиненные конструкции на основе стекла по той же методике не изучались.