композит из углеродного волокна

Нанокристаллы целлюлозы делают углеродные композиты более прочными

Полимеры, армированные углеродными волокнами, представляют собой композиционные материалы, которые «легкие, как перышко, и прочные, как сталь», что позволяет им находить широкое применение в различных отраслях промышленности.

Добавление углеродных нанотрубок может еще больше повысить функциональность композитов, в том числе прочность и электро- и теплопроводность, однако химические процессы, используемые для этого процесса неравномерно распределяют нанотрубки по композитам, ограничивая прочность и другие полезные качества.

Команда исследователей Техасского университета под руководством Амира Асади использовала нанокристаллы целлюлозы, для равномерного распределения углеродных нанотрубок в композитах из углеродного волокна. Ученые утверждают, что найденный ими метод быстрее, чем традиционные технологиии, а также позволяет создавать композиты из углеродного волокна в наномасштабе.

Композиты строятся слоями. Например, полимерные композиты состоят из слоев углеродного волокна и полимерной матрицы. Эта слоистая структура является источником слабости композитов. Любое повреждение слоев вызывает их расслоение. «Проблема с наночастицами аналогична тому, что происходит, когда вы добавляете молотый кофе грубого помола в молоко — порошок агломерируется или прилипает друг к другу. Чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами углеродных нанотрубок, их нужно сначала отделить друг от друга, а затем каким-то образом сделать так, чтобы они попадали в конкретное место внутри углеродно-волокнистого композита», поясняет Асади.

Чтобы достичь равномерного распределения углеродных нанотрубок, ученые использовали нанокристаллы целлюлозы, увеличивающие прочность бетона. Эти нанокристаллы имеют сегменты на своих молекулах, которые притягивают воду, и другие сегменты, которые отталкиваются водой. По мнению авторов, эта уникальная структура предлагает идеальное решение для создания композитов в наномасштабе. Асади с коллегами взяли ткань из углеродного волокна и добавили водный раствор нанокристаллов целлюлозы и углеродных нанотрубок, а затем применили сильную вибрацию, чтобы смешать все предметы вместе. Наконец, они оставили материал для высыхания и нанесли на него смолу, чтобы сформировать полимерный композит.

Изучив образец с помощью электронной микроскопии, исследователи заметили, что нанокристаллы целлюлозы прикрепляются к концам углеродных нанотрубок, ориентируя нанотрубки в одном направлении. Они также обнаружили, что древесная добавка увеличивает сопротивление композита на изгиб на 33% и его межслойную прочность на 40% на основе измерения механических свойств материала при экстремальной нагрузке.

«Этот метод позволил нам лучше контролировать свойства полимерных композитов, которые проявляются на макроуровне. Мы считаем, что наша технология — это путь вперед в расширении масштабов обработки гибридных композитов, которые будут полезны в различных отраслях, включая авиастроение и автомобилестроение», добавили авторы.

Leave a Reply

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *