Lepsze kompozytowe części samolotów dzięki nanomateriałom
Nanokompozyty polimerowe to nowa klasa materiałów kompozytowych, ciesząca się dużym zainteresowaniem instytutów badawczych, jak i przemysłu. Wyjątkowe właściwości elektryczne, mechaniczne i termiczne nanorurek węglowych (CNT) i grafenu sprawiają, że są one dobrymi wypełniaczami, wzmacniającymi polimery i współtworzącymi z nimi wysokowydajne materiały. Po wprowadzeniu nanomateriałów do tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem węglowym (CFRP) badacze uczestniczący w projekcie CARHAY2011 (Design, manufacturing and impact testing of advanced composite materials) zaobserwowali 50% wzrost wytrzymałości na ściskanie po uderzeniu (CAI) w porównaniu z konwencjonalnymi CFRP. Otrzymane materiały miały też lepszą wytrzymałość na pękanie i ściskanie. Dodawanie nanomateriałów do CFRP jest szczególnie skuteczne po optymalizacji dyspersji wypełniacza i oddziaływania międzyfazowego w matrycy polimerowej. Konwencjonalne metody optymalizacji dyspersji polegały między innymi na stosowaniu silnych roztworów kwasów i ultradźwięków, co nie pozwala na prowadzenie skalowalnej produkcji i może potencjalnie prowadzić do uszkodzenia nanorurek. Zespół CARHAY2011 zastosował innowacyjny proces obróbki plazmowej, który pozwolił na kontrolowanie ilości i rodzaju zmian we właściwościach powierzchniowych wypełniacza. Ten nowy proces modyfikacji powierzchni jest skalowalny i energooszczędny. Przy pomocy infuzji żywicy uczeni zbudowali i pomyślnie przetestowali pełnoskalowe panele usztywnione (0,9 x 0,6 m2). Wytworzono duże partie żywicy (do 10 kg) z wypełniaczami z CNT i grafenu. Zespół wykazał ponadto, że możliwe jest wytworzenie panelu zawierającego usztywniacze w ramach jednoetapowego procesu, co przekłada się na obniżenie masy i kosztów wyrobu. Zwiększenie wytrzymałości CAI materiałów kompozytowych poprzez dodanie nanomateriałów węglowych umożliwia obniżenie masy, a tym samym zmniejszenie zużycia paliwa i emisji. Informacje o wynikach prac rozpowszechniano za pośrednictwem wiadomości prasowej, plakatu oraz dwóch publikacji.
Słowa kluczowe
Samolot, materiały kompozytowe, nanorurki węglowe, grafen, infuzja żywicą
