ニュース

May 28, 2023

ゴム

Scientific Reports volume 12、記事番号: 21426 (2022) この記事を引用 1856 アクセス 3 引用 1 Altmetric Metrics 詳細 ナノ繊維マットは、層間剥離を大幅に防止します。

Scientific Reports volume 12、記事番号: 21426 (2022) この記事を引用

1856 アクセス

3 引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

ナノ繊維マットは、特にポリマー（ゴムとして）が複合樹脂を直接強化できる場合、複合積層品の層間剥離を大幅に防止します。 ここでは、エポキシ炭素繊維強化ポリマー (CFRP) の層間剥離を防止するゴム/熱可塑性膜を製造するために、よく知られているナイロン 66 ナノファイバーにニトリル ブタジエン ゴム (NBR) を含浸させました。 出発ポリアミドマットは、2 つの異なる溶媒系を使用してエレクトロスピニングされ、マットの熱的および機械的特性に対するそれらの影響、およびダブルカンチレバービーム (DCB) テストによるラミネートモード I の層間剥離抵抗が調査されました。 ギ酸/クロロホルムからエレクトロスピニングされたプレーンナイロン 66 マットは、トリフルオロ酢酸を含む溶媒系から得られたマットよりも優れた性能を発揮し、層間破壊靱性 (GI) でそれぞれ最大 + 64% 対 + 53% を示しました。 NBR コーティングの効果は両方のナノファイバー タイプに利益をもたらし、GI を大幅に向上させます。 中厚さの軽量マット (20 μm、9 ～ 10 g/m2) に 70 ～ 80 wt% の配合ゴムを挟み込むと最良の結果が得られ、最大 + 180% の GI が達成されます。 この研究は、一般的なポリアミド不織布の層間剥離阻害を改善するNBRの能力を実証し、GI強化と全体的な複合材料の安全性向上のための効果的なインターリーブとしてNBRでコーティングされたナイロン66ナノファイバーの使用への道を開きます。

複合材料は、優れた機械的特性を備えた構造を得るのに最適な選択肢です。 特に、炭素繊維強化ポリマー (CFRP) ラミネートは、軽量性の向上の恩恵を受けるために、可能であれば金属材料に徐々に置き換えられています。 高い比弾性率と強度、耐食性、燃料節約への貢献、製造の容易さなどの多くの利点にもかかわらず、複合積層板にはいくつかの関連する弱点があります。 層間剥離は間違いなく、このような材料に影響を与える最も深刻な欠点であり、コンポーネントの完全な破損につながり、壊滅的な結果を招く可能性があります。 層間剥離のリスクを軽減することは、信頼性と安全性への懸念により現在禁止されている分野で複合積層板をさらに応用できるようにするために非常に重要です。 さらに、層間剥離耐性が向上すると、コンポーネントの寿命が延びる可能性があるため、複合材全体の持続可能性が高まります。 どの積層体も、その固有の異方性 2D 様スタック構造により層間剥離の影響を受けやすく、これが積層間の機械的性能の低下の原因となります。 ブラッグファイバーや圧電材料（ナノ構造であっても）の利用など、複合コンポーネントの健全性を監視するためにいくつかの戦略が実装される可能性がありますが1、2、3、4、これらのシステムは高価であり、そのため一般的なアプリケーションではほとんど使用されていません。 。

層間剥離を回避するための多くの簡単で経済的な方法には、破壊靱性を向上させるためにマトリックスおよび/または層間領域を修正することが含まれます。 マトリックスの特性が層間の挙動を支配するため、その変更は最終的な複合材料の性能に大きな影響を与える可能性があります。 これは、ゴムや適切な熱可塑性ポリマーなどの強化剤を添加することによって達成されるバルクマトリックスの強化でよく起こります。 ゴムによる修飾に関しては、未架橋の「液体」ゴムまたは架橋ゴム状粒子が可能です5、6、7、8、9。 このタイプの変更は簡単に実現できますが、特定の樹脂配合が必要になります。 さらに、この変化は樹脂のバルク、ひいては部品全体に影響を及ぼし、通常は大幅な重量増加に加えて、機械的、熱的、および熱機械的特性の低下につながります。

むしろ、局所的な修飾はより賢明であり、応力集中が発生する層間領域などの最も重要な領域にのみ標的を絞った介入が可能になります10。 潜在的な利点は数多くあります。コンポーネント全体の熱特性と機械特性の保持または制限された低下、重量と寸法の増加の少なさです。 さらに、このタイプの改質は樹脂全体に影響を与えないため、入手可能な市販のプリプレグに実質的に適用できます。 積層体間のバルク粘弾性層（フィルム）の統合 11、12、13 は、依然として局所的で経済的かつ簡単な解決策ですが、積層体の剛性、強度、重量、およびサイズに悪影響を及ぼします 14。 ナノ補強材の普及が始まって以来、影響の少ない解決策が実践されてきました。 実際、これらは少量を添加するだけで望ましい効果を達成するために使用できます15、16、17。したがって、無視できる程度の複合材のサイズと重量の変化から利益を得ることができます。 ナノ粒子 18、19 とカーボン ナノチューブ (CNT) 20、21、22、23 を追加すると、複合材料の性能が向上することが証明されました。 ただし、場合によっては高価で取り扱いが難しい場合もあります。