Блог

Jun 15, 2023

Резина

Scientific Reports, том 12, номер статьи: 21426 (2022) Цитировать эту статью 1898 Доступ 3 Цитирования 1 Подробности Altmetric Metrics Нановолоконные маты существенно препятствуют расслоению в

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 21426 (2022) Цитировать эту статью

Доступы 1898 г.

3 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Нановолокнистые маты существенно препятствуют расслоению композитных ламинатов, особенно если полимер (например, каучуки) может напрямую придавать жесткость композитной смоле. Здесь хорошо известные нановолокна Nylon 66 были пропитаны нитрил-бутадиеновым каучуком (NBR) для производства резиновых/термопластичных мембран для предотвращения расслоения эпоксидных полимеров, армированных углеродным волокном (CFRP). Исходные полиамидные маты были подвергнуты электропрядению с использованием двух различных систем растворителей, и было исследовано их влияние на термические и механические свойства мата, а также устойчивость ламината к расслоению в режиме I с помощью испытаний на двойную консольную балку (DCB). Простые маты из нейлона 66, полученные электропрядением из муравьиной кислоты/хлороформа, работают лучше, чем маты, полученные из системы растворителей, содержащей трифторуксусную кислоту, демонстрируя до +64% против +53% вязкости межслойного разрушения (GI) соответственно. Эффект покрытия NBR приносит пользу обоим типам нановолокон, значительно повышая GI. Наилучшие результаты получаются при переплетении матов средней толщины и легких (20 мкм, 9–10 г/м2) с 70–80 мас.% загруженной резины, достигая +180% по ГИ. Работа демонстрирует способность NBR предотвращать расслоение обычных полиамидных нетканых материалов, открывая путь к использованию нановолокон Nylon 66 с покрытием NBR в качестве эффективных промежуточных слоев для улучшения GI и общего повышения безопасности композита.

Композитные материалы представляют собой лучший выбор для получения конструкций с выдающимися механическими свойствами. В частности, ламинаты из армированного углеродным волокном полимера (CFRP) постепенно заменяют, где это возможно, металлические материалы, чтобы получить выгоду от большей легкости. Несмотря на множество преимуществ, таких как высокий удельный модуль упругости и прочность, коррозионная стойкость, экономия топлива и простота производства, композитные ламинаты имеют некоторые существенные недостатки. Расслоение, несомненно, является наиболее серьезным недостатком таких материалов, приводящим к полному выходу компонентов из строя с потенциально катастрофическими последствиями. Снижение риска расслоения имеет решающее значение для дальнейшего применения композитных ламинатов в областях, которые в настоящее время исключены из соображений надежности и безопасности. Более того, улучшенная устойчивость к расслоению повышает общую устойчивость композита за счет потенциального увеличения срока службы компонента. Любой ламинат подвержен расслоению из-за присущей ему анизотропной двумерной многослойной структуры, которая ответственна за снижение механических характеристик между пластинами. Несмотря на то, что для мониторинга состояния композитного компонента можно реализовать несколько стратегий, таких как использование брэгговских волокон или пьезоэлектрических материалов (даже наноструктурированных)1,2,3,4, эти системы дороги и, следовательно, редко используются в обычных приложениях. .

Многие простые и экономичные способы избежать расслоения включают модификацию матрицы и/или межслойной области для улучшения вязкости разрушения. Поскольку свойства матрицы определяют межламинарное поведение, ее модификация может сильно повлиять на конечные характеристики композита; это часто происходит при упрочнении объемной матрицы, достигаемом добавлением упрочнителей, таких как каучуки или подходящие термопластичные полимеры. Что касается модификации каучуком, то это может быть несшитый «жидкий» каучук или сшитые каучуковые частицы5,6,7,8,9. Хотя этот тип модификации легко осуществить, он предполагает использование особого состава смолы. Причем изменение затрагивает объем смолы и, в свою очередь, весь компонент, что обычно приводит к снижению механических, термических и термомеханических свойств, а также к значительному увеличению веса.

Вместо этого локальные модификации более разумны, позволяя целенаправленное вмешательство только в наиболее критических областях, таких как межламинарные, где возникает концентрация стресса10. Потенциальных преимуществ много: сохранение или ограниченное (и ограниченное) снижение тепловых и механических свойств всего компонента, небольшое увеличение веса и размеров. Более того, этот тип модификации можно практически применить к любому доступному коммерческому препрегу, поскольку вся смола не затрагивается. Интеграция объемных вязкоэластичных слоев (пленок) между пластинками11,12,13, которая по-прежнему представляет собой локализованное, экономичное и простое решение, отрицательно влияет на жесткость, прочность, вес и размер ламината14. Менее эффективные решения стали применяться с тех пор, как произошло распространение наноармирования. Действительно, их можно использовать для достижения желаемых эффектов путем добавления небольших количеств15,16,17, получая таким образом выгоду от незначительных изменений размера и веса композита. Добавление наночастиц18,19 и углеродных нанотрубок (УНТ)20,21,22,23 доказало улучшение характеристик композита. Однако в некоторых случаях они дороги и сложны в обращении.