Elektrogesponnen korte nylon 6 nanovezels om de schadeweerstand van koolstofcomposieten te verbeteren

Koolstofvezelcomposieten zijn structurele materialen die de voorkeur hebben vanwege hun hoge specifieke sterkte en modulus. De gelamineerde constructie van koolstofcomposieten en de anisotrope aard maken ze echter gevoelig voor externe belasting. Aangezien een brosse matrix de eigenschappen in en uit de richting van het vlak regelt, zijn interlaminaire harsrijke gebieden bijzonder gevoelig voor matrixscheuren. Dergelijke beginnende schade evolueert uiteindelijk naar levensbeperkende breuken, zoals delaminatie onder Mode II-belasting.

Er zijn verschillende technieken gebruikt om het ontstaan ​​en de verspreiding van scheuren te stoppen, waardoor de schadeweerstand van composieten wordt verbeterd. Een van de meest veelbelovende benaderingen is het modificeren van epoxy met nanodeeltjes vanwege hun hoge verhouding tussen oppervlak en volume en het vermogen om scheuren op micronschaal tegen te gaan. Nanodeeltjes zijn echter nauw verbonden met agglomeratie in microstructuur die kan dienen als brosse schade-initiatieplaatsen.

Electrospun korte nylon 6 nanovezels (figuur a) werden voorgesteld als een alternatieve epoxyversterking omdat hun bulk mechanische eigenschappen vergelijkbaar waren met die van epoxy. Verwacht werd dat nanovezels met een hoog oppervlak en aspectverhouding energie-absorberende interfaces en taaiheidsmechanismen op nanoschaal zouden introduceren (figuur b). Fabricage omvatte het spinnen en inkorten van nanovezels, gevolgd door modificatie van epoxy om koolstofvezelcomposiet te fabriceren met behulp van vacuümzakken. Monsters werden getest onder quasi-statische indrukkingsbelasting in overeenstemming met ASTM D6264/D6264M-17.

De resultaten toonden een verbetering van 8,7, 8,8 en 53% in piekkracht, verplaatsing en elastische taaiheid bij optimale nanovezelconcentratie. Externe directionele schadegroei werd onderdrukt en het schadegebied nam marginaal toe. Bij een optimale nanovezelconcentratie is het gedelamineerde gebied met 12,6% verminderd. Onderdrukking van compressievezeluitval en verbeterde interlaminaire hechting werden gecrediteerd om superieure prestaties te bieden.

Deze nieuw ontwikkelde elektrogesponnen nanovezelversterkte koolstofcomposieten proberen het klassieke probleem aan te pakken van slechte weerstand tegen beschadiging van composieten die vaak worden gerapporteerd in toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, de scheepvaart en de auto-industrie. Verbetering van de weerstand tegen schade zal waarschijnlijk de kosten van niet-destructieve inspectie en de toepassing van composietconstructies met een lage veiligheidsfactor verlagen.

Het werk werd geleid door Usaid Ahmed Shakil, bij Center for Advanced Composite Materials (CACM), Universiti Teknologi Malaysia, ondersteund door zes teamleden, namelijk professoren Shukur Bin Abu Hassan, Yazid Bin Yahya, Muhammad Asyraf Bin Muhammad Rizal, Ahmad Ilyas Bin Rushdan , Mat Uzir bin Wahit, van Universiti Teknologi Malaysia, en Mohd Ruzaimi Mat Rejab, van Universiti Malaysia Pahang. Het is gepubliceerd in het tijdschrift Polymeer composieten.

Universitair hoofddocent Kheng Lim Goh van de Universiteit van Newcastle in Singapore, met expertise in materiaaltechnologie, trad op als technisch adviseur bij dit project. Universitair hoofddocent Goh merkt op: “Koolstofvezelcomposieten worden nu goed toegepast in de vliegtuig- en auto-industrie vanwege de hoge specifieke sterkte en stijfheid, waardoor vliegtuigen en voertuigen zuiniger en kosteneffectiever kunnen zijn. Er zullen echter ongelukken gebeuren en wanneer dit gebeurt, kan reparatie kostbaar zijn in termen van materialen en doorlooptijd.Het aanpassen van de koolstofvezelcomposiet om meer slagvastheid te krijgen, is de sleutel tot het verminderen van het probleem.

“Ik ben erg blij dat het team zeer succesvol is geweest bij het ontwikkelen van deze methode om de impacteigenschappen van de koolstofvezelcomposieten te verbeteren. Ik ben erg blij dat de methode en bevindingen zijn gepubliceerd.”