Progrese recente în întărirea interfacială și deteriorarea auto-vindecării compozitelor polimerice pe baza

Corecții pentru acest articol

Progrese recente în întărirea interfațială și auto-vindecarea deteriorării compozitelor polimerice pe bază de electrospun și nanofibre suflate cu soluție: o prezentare generală

Volumul 130 Numărul 6 Journal of Applied Polymer Science
pagini: 4614-4614
Prima publicare online: 5 septembrie 2013

Departamentul de Inginerie Mecanică, Universitatea de Stat din Dakota de Nord, Fargo, Dakota de Nord, 58108-6050

Departamentul de Inginerie Mecanică și Industrială, Universitatea din Illinois la Chicago, Chicago, Illinois, 60607-7022

Departamentul de Inginerie Mecanică, Universitatea de Stat din Dakota de Nord, Fargo, Dakota de Nord, 58108-6050

Departamentul de Inginerie Mecanică și Industrială, Universitatea Illinois din Chicago, Chicago, Illinois, 60607-7022

Corecții adăugate la 28 august 2013, după prima publicare online.

ABSTRACT

INTRODUCERE

EȘECUL INTERFACIAL AL PMC ȘI TEHNICILE DE SUPPRIMERE A EȘECELOR

NANOTEHNOLOGIE - TEHNICI DE INSTRUIRE INTERFACIALĂ PE BAZĂ PENTRU PMC LAMINATE

Principalele avantaje ale tehnicilor de întărire interfațiale de mai sus includ costul redus în fabricarea nanofibrelor, greutatea redusă la rezistența specifică superioară și rigiditatea PMC, deoarece nanofibrele de întărire sunt foarte localizate la interfețe și impactul scăzut asupra procesării PMC, astfel încât acest lucru metoda de întărire interfațială poate fi îmbinată convenabil în procesul convențional PMC. Astfel, această întărire interfațială ar trebui să aibă un viitor promițător în industriile PMC. Cu toate acestea, la fel ca toate tehnicile convenționale de întărire, această tehnică de întărire interfațială bazată pe nanofibre nu afectează funcția de autovindecare. Proprietățile mecanice interfaciale se vor degrada ireversibil în timp. Acest lucru a atras recent atenția cercetătorului pentru a rezolva această problemă.

AUTO-VINDECARE A DAUNELOR INTERFACIALE BIO-INSPIRATE PENTRU PMC LAMINATE

În plus, mecanismele de autovindecare deteriorate bazate pe fibre goale încorporate într-un material de inginerie sunt similare cu arterele dintr-un sistem natural. 35, 36 Pentru a încorpora fibrele de sticlă goale care transportă un agent de vindecare în compozite, s-a demonstrat fibrele de sticlă goale disponibile în comerț; pot fi direct consolidate în lamine și apoi fabricate în laminate compozite; adică sistemul de auto-vindecare poate funcționa și ca element de întărire. 35 Avantajele cheie ale conceptului de auto-vindecare a fibrelor goale sunt că fibrele pot fi localizate pentru a se potrivi cu orientarea fibrelor de armare înconjurătoare și, astfel, a minimiza efectul raportului Poisson și nepotrivirea proprietăților dintre rețeaua de auto-vindecare și fibre de întărire. În plus, fibrele pot fi plasate în orice locație din secvența de stivuire pentru a aborda amenințările specifice de eșec (Figura 4).

Experimentele controlate din studiu au indicat că după testul de predamajare în trei puncte, rigiditatea la încovoiere a scăzut substanțial de la 144,8-163,9 kN/m până la 46,3-61,2 kN/m. După 2 ore de vindecare a daunelor în condiții de încărcare liberă, rigiditatea vindecată a crescut până la 99,0–159,0 kN/m și a recuperat rigiditatea cu aproape 70–100%. 12, 84 Analiza fractografică bazată pe microscopie electronică de scanare (SEM) a suprafeței eșuate a probelor a indicat eliberarea autonomă a agentului de vindecare (DCPD) la suprafața delaminată (Figura 5). După reacția ROMP, aceste DCPD-uri polimerizate au funcționat ca știfturi discrete pentru a lega suprafețele delaminate. În plus, deformarea plastică ar putea fi clar diferențiată la punctele vindecate (după defecțiunea finală), corespunzătoare tulpinilor de forfecare substanțiale în timpul testelor de flexiune în trei puncte; acest lucru a permis nepotriviri semnificative ale tulpinilor interfațiale deosebit de populare în PMC laminate. În mod similar, aceste nanofibre de miez din plastic ar putea funcționa, de asemenea, ca nanofibre de întărire înainte de sciziune și similare cu nanofibrele de întărire omogene discutate anterior. 12

Aici, nanofibrele de miez-coajă încărcate cu agent de vindecare utilizate pentru auto-vindecarea daunelor interfațiale ale PMC laminate tocmai au început să intre în viziune. Similar cu alte materiale de auto-vindecare și scheme de întărire interfațiale în PMC laminate, în viitorul apropiat se așteaptă efecte semnificative de cercetare pentru a determina fundamentele întregului proces, inclusiv fabricarea controlată a nanofibrelor de vindecare - miez încărcat cu agent - miez, vindecare - livrarea agentului, întărirea și deteriorarea mecanismelor de auto-vindecare și proiectarea optimă a PMC laminate de auto-vindecare.

FABRICAREA CU EFICIENȚĂ ÎNALTĂ A MIEZILOR - VINDECAREA CUCIULUI - AGENT - NANOFIBRE ÎNCĂRCATE

Electrospinning coaxial (co-electrospinning) a fost dezvoltat ca o tehnică care permite formarea fibrelor și nanofibrelor de dimensiuni micrometrice miez-coajă folosind jeturi electrificate de soluții polimerice. 85 Mecanismul fizic al co-electrospinningului este similar cu cel al electrospinningului. Se bazează pe instabilitatea de îndoire acționată electric a jeturilor electrificate și este un exemplu particular al instabilității Earnshaw în electrostatice. 86, 87 Instabilitatea de îndoire are ca rezultat o configurație de tip fractal a unui jet de polimer în zbor și o lungime enormă corespunzătoare, pe care o dobândește la o distanță de aproximativ 10 cm de la ac la colector. Ca rezultat, jetul se întinde cu o rată de ordinul a 10 3 s −1 și devine foarte subțire, în timp ce viscoelasticitatea previne ruperea capilară. În paralel, solventul se evaporă, polimerul precipită și se solidifică și astfel se formează nanofibre.

În co-electrospinning, două soluții de polimer sunt furnizate separat acului miezului-carcasă (Figura 6). La ieșirea acului miez-coajă atașat seringii cu compartiment dublu apare o picătură de miez-coajă. 88, 89 Picătura este întinsă de solicitările electrice Maxwell direcționate spre contraelectrod și, în regimuri supercritice, atunci când tragerea electrică depășește tensiunea superficială și rezistența viscoelastică, un jet de miez-coajă este emis din vârful său. 90 Este supus instabilității de îndoire discutate anterior. Mai multe recenzii au fost recent dedicate electrospininning 91-93 și au arătat că această tehnică este utilizată pe scară largă de multe grupuri de cercetare.