탄소 복합재의 손상 저항성을 향상시키는 전기방사된 짧은 나일론 6 나노섬유

2023년 3월 21일

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싱가포르 뉴캐슬 대학교

탄소 섬유 복합재는 높은 비강도와 모듈러스로 인해 선호되는 구조 재료입니다. 그러나 탄소 복합재의 적층 구조와 이방성 특성으로 인해 외부 하중에 민감합니다. 부서지기 쉬운 매트릭스가 평면 방향 안팎의 특성을 제어하기 때문에 층간 수지가 풍부한 영역은 특히 매트릭스 균열에 취약합니다. 이러한 초기 손상은 결국 모드 II 하중 하에서 박리와 같이 수명을 제한하는 파손으로 발전합니다.

균열 발생 및 전파를 저지하여 복합재의 손상 저항성을 향상시키기 위해 여러 가지 기술이 사용되었습니다. 가장 유망한 접근법 중 하나는 표면적 대 부피 비율이 높고 미크론 규모 균열에 대응할 수 있는 능력 때문에 나노입자로 에폭시를 변형하는 것입니다. 그러나 나노입자는 부서지기 쉬운 손상 시작 지점 역할을 할 수 있는 미세 구조의 응집과 복잡하게 연관되어 있습니다.

전기방사된 짧은 나일론 6 나노섬유(그림 a)는 벌크 기계적 특성이 에폭시와 비슷하기 때문에 대체 에폭시 강화재로 제안되었습니다. 높은 표면적과 종횡비의 나노섬유는 에너지 흡수 인터페이스와 나노 규모의 인성 메커니즘을 도입할 것으로 예상되었습니다(그림 b). 제조에는 나노섬유를 방사하고 단축한 후 에폭시를 변형하여 진공 백 적출을 사용하여 탄소 섬유 복합재를 제조하는 작업이 포함되었습니다. 샘플은 ASTM D6264/D6264M-17에 따라 준정적 압입 하중 하에서 테스트되었습니다.

결과는 최적의 나노섬유 농도에서 최대 힘, 변위 및 탄성 인성이 8.7, 8.8, 53% 향상된 것으로 나타났습니다. 외부 방향 피해 증가가 억제되고, 피해 면적이 소폭 증가했습니다. 최적의 나노섬유 농도에서 박리 면적이 12.6% 감소했습니다. 압축 섬유 파손 억제 및 강화된 층간 결합이 탁월한 성능을 제공하는 것으로 평가되었습니다.

새로 개발된 전기방사 나노섬유 강화 탄소 복합재는 항공우주, 해양 및 자동차 응용 분야에서 일반적으로 보고되는 복합재의 손상 저항성이 낮다는 고전적인 문제를 해결하려고 시도합니다. 내손상성 향상으로 비파괴 검사 비용 절감 및 안전율이 낮은 복합구조 채택이 가능해집니다.

이 작업은 말레이시아 기술대학교(Universiti Teknologi Malaysia) 첨단 복합 재료 센터(CACM)의 Usaid Ahmed Shakil이 주도했으며 Shukur Bin Abu Hassan, Yazid Bin Yahya, Muhammad Asyraf Bin Muhammad Rizal, Ahmad Ilyas Bin Rushdan 교수 등 6명의 팀원의 지원을 받았습니다. , Universiti Teknologi Malaysia의 Mat Uzir bin Wahit 및 Universiti Malaysia Pahang의 Mohd Ruzaimi Mat Rejab입니다. 이는 Polymer Composites 저널에 게재되었습니다.

재료 기술 분야의 전문 지식을 갖춘 싱가포르 뉴캐슬 대학의 Kheng Lim Goh 부교수가 이 프로젝트의 기술 고문으로 활동했습니다. 고 부교수는 “탄소섬유복합체는 비강도와 강성이 높아 항공기와 자동차 산업에 널리 채택돼 항공기와 차량의 연료 효율성과 비용 효율성을 높인다”고 말했다. 이런 일이 발생하면 재료와 처리 시간 측면에서 수리 비용이 많이 들 수 있습니다.탄소 섬유 복합재를 수정하여 충격 저항성을 높이는 것이 문제를 완화하는 데 중요합니다.

"팀이 탄소 섬유 복합재의 충격 특성을 개선하기 위한 이 방법을 개발하는 데 매우 성공적이어서 정말 기쁩니다. 방법과 결과가 발표되어 정말 기쁩니다."