고무

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 21426(2022) 이 기사 인용

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나노섬유 매트는 특히 중합체(고무)가 복합 수지를 직접 강화할 수 있는 경우 복합 라미네이트에서 상당한 박리를 방해하는 역할을 합니다. 여기에서는 잘 알려진 나일론 66 나노섬유에 NBR(니트릴 부타디엔 고무)을 함침시켜 에폭시 탄소섬유 강화 폴리머(CFRP)의 박리를 방지하는 고무/열가소성 멤브레인을 생성했습니다. 시작 폴리아미드 매트는 두 가지 서로 다른 용매 시스템을 사용하여 전기방사되었으며, 매트의 열적 및 기계적 특성에 미치는 영향은 물론 DCB(이중 캔틸레버 빔) 테스트를 통해 라미네이트 모드 I 박리 저항도 조사되었습니다. 포름산/클로로포름으로 전기방사한 일반 나일론 66 매트는 트리플루오로아세트산이 포함된 용매 시스템에서 얻은 것보다 성능이 더 뛰어나며, 층간 파괴 인성(GI)에서 각각 최대 + 64% 대 + 53%를 나타냅니다. NBR 코팅 효과는 두 나노섬유 유형 모두에 이점을 주어 GI를 크게 높입니다. 중간 두께의 경량 매트(20μm, 9~10g/m2)에 70~80wt%의 고무를 삽입할 때 최상의 결과를 얻을 수 있으며 GI에서 최대 + 180%를 달성합니다. 이 연구는 일반적인 폴리아미드 부직포의 박리를 방해하는 박리를 개선하는 NBR의 능력을 입증하고, NBR 코팅 나일론 66 나노섬유를 GI 강화 및 전반적인 복합재 안전성 개선을 위한 효과적인 인터리브로 사용할 수 있는 길을 열었습니다.

복합재료는 뛰어난 기계적 특성을 지닌 구조를 얻기 위한 최선의 선택입니다. 특히, 탄소섬유 강화 폴리머(CFRP) 라미네이트는 향상된 가벼움의 이점을 얻기 위해 가능한 경우 금속 소재를 점진적으로 대체하고 있습니다. 높은 특정 모듈러스 및 강도, 내식성, 연료 절약 지원 및 생산 용이성과 같은 많은 장점에도 불구하고 복합 라미네이트에는 몇 가지 관련 약점이 있습니다. 박리는 의심할 여지 없이 이러한 재료에 영향을 미치는 가장 심각한 단점으로, 잠재적으로 치명적인 결과를 초래할 수 있는 완전한 부품 고장으로 이어집니다. 박리 위험의 감소는 신뢰성과 안전 문제로 인해 현재 배제된 분야에서 복합 라미네이트를 추가로 적용하는 데 매우 중요합니다. 또한 향상된 박리 저항성은 잠재적으로 부품 수명을 늘려 전반적인 복합재 지속 가능성을 높입니다. 모든 라미네이트는 본질적인 이방성 2D 유사 스택 구조로 인해 박리되기 쉽습니다. 이로 인해 라미나 사이의 기계적 성능이 저하됩니다. 브래그 섬유 또는 압전 재료(나노 구조 포함)1,2,3,4의 활용과 같이 복합 구성 요소의 상태를 모니터링하기 위해 여러 가지 전략을 구현할 수 있지만 이러한 시스템은 비용이 많이 들고 결과적으로 일반적인 응용 분야에서는 거의 사용되지 않습니다. .

박리를 방지하는 간단하고 경제적인 많은 방법에는 파괴 인성을 향상시키기 위한 매트릭스 및/또는 층간 영역 수정이 포함됩니다. 매트릭스 특성이 층간 거동을 지배하기 때문에 그 수정은 최종 복합재 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 이는 고무나 적절한 열가소성 폴리머와 같은 강화제를 추가하여 대량 매트릭스 강화를 수행할 때 종종 발생합니다. 고무로 변형하는 경우 가교되지 않은 "액체" 고무 또는 가교된 고무 입자5,6,7,8,9일 수 있습니다. 이러한 유형의 수정은 달성하기 간단하지만 특정 수지 배합이 필요합니다. 더욱이, 이러한 변화는 수지 벌크와 전체 구성 요소에 관심을 갖게 되어 일반적으로 상당한 중량 증가 외에 기계적, 열적, 열기계적 특성을 저하시킵니다.

대신에 국부적인 수정이 더 스마트해 응력 집중이 발생하는 층간 영역과 같이 가장 중요한 영역에서만 표적 개입을 허용합니다10. 잠재적인 이점은 많습니다: 전체 구성 요소의 열적 및 기계적 특성을 유지하거나 제한적으로 낮추고 무게와 치수의 낮은 증가분을 제한합니다. 더욱이, 이러한 유형의 개질은 수지 전체가 영향을 받지 않기 때문에 시중에 판매되는 모든 프리프레그에 사실상 적용될 수 있습니다. 여전히 국지적이고 경제적이며 간단한 솔루션을 나타내는 라미나 사이에 벌크 점탄성 층(필름)을 통합하면 라미네이트 강성, 강도, 무게 및 크기에 부정적인 영향을 미칩니다. 나노 강화재의 확산이 발생한 이후로 영향이 덜한 솔루션이 실행되었습니다. 실제로, 적은 양을 추가하여 원하는 효과를 달성하는 데 사용할 수 있으므로 무시할 수 있는 복합재 크기 및 중량 변화의 이점을 누릴 수 있습니다. 나노입자18,19 및 탄소 나노튜브(CNT)20,21,22,23를 추가하면 복합재 성능이 향상되는 것으로 입증되었습니다. 그러나 어떤 경우에는 비용이 많이 들고 다루기가 어렵습니다.