Nanofibras cortas de nailon electrohilado 6 para mejorar la resistencia al daño de los compuestos de carbono

Los compuestos de fibra de carbono son los materiales estructurales preferidos debido a su alta resistencia y módulo específicos. Sin embargo, la construcción laminada de los compuestos de carbono y la naturaleza anisotrópica los hacen sensibles a las cargas externas. Dado que una matriz frágil controla las propiedades dentro y fuera del plano, las regiones ricas en resina interlaminar son particularmente susceptibles al agrietamiento de la matriz. Tal daño incipiente eventualmente evoluciona hacia una fractura que limita la vida, como la delaminación bajo carga de Modo II.

Se han empleado varias técnicas para interrumpir la génesis y propagación de grietas, mejorando así la resistencia al daño de los materiales compuestos. Uno de los enfoques más prometedores es modificar el epoxi con nanopartículas debido a su alta relación área superficial/volumen y su capacidad para combatir el agrietamiento a escala micrométrica. Sin embargo, las nanopartículas están intrínsecamente asociadas con la aglomeración en la microestructura que puede servir como sitio de inicio del daño debilitado.

Se propusieron nanofibras cortas de nailon electrohilado 6 (figura a) como un refuerzo de epoxi alternativo, ya que sus propiedades mecánicas a granel eran comparables a las del epoxi. Se esperaba que las nanofibras de alta área superficial y relación de aspecto introdujeran interfaces de absorción de energía y mecanismos de dureza a nanoescala (figura b). La fabricación involucró el hilado y el acortamiento de nanofibras seguidas de la modificación de epoxi para fabricar compuestos de fibra de carbono utilizando bolsas al vacío. Las muestras se probaron bajo una carga de indentación cuasiestática según ASTM D6264/D6264M-17.

Los resultados mostraron una mejora del 8,7, 8,8 y 53% en la fuerza máxima, el desplazamiento y la tenacidad elástica en la concentración ideal de nanofibras. Se ha suprimido el crecimiento del daño direccional externo y el área dañada ha aumentado marginalmente. A la concentración ideal de nanofibras, el área deslaminada se redujo en un 12,6 %. Se ha acreditado que la supresión de fallas de fibra compresiva y la unión interlaminar mejorada ofrecen un rendimiento superior.

Estos compuestos de carbono reforzados con nanofibras de electrohilado recientemente desarrollados intentan resolver el problema clásico de la baja resistencia al daño de los compuestos comúnmente reportados en aplicaciones aeroespaciales, marinas y automotrices. La resistencia mejorada al daño probablemente reducirá los costos de inspección no destructiva y la adopción de estructuras compuestas de bajo factor de seguridad.

El trabajo fue dirigido por Usaid Ahmed Shakil, en el Centro de Materiales Compuestos Avanzados (CACM), Universiti Teknologi Malaysia, con el apoyo de seis miembros del equipo, a saber, los profesores Shukur Bin Abu Hassan, Yazid Bin Yahya, Muhammad Asyraf Bin Muhammad Rizal, Ahmad Ilyas Bin Rushdan, Mat Uzir bin Wahit de Universiti Teknologi Malaysia y Mohd Ruzaimi Mat Rejab de Universiti Malaysia Pahang. fue publicado en la revista Compuestos poliméricos.

El profesor asociado Kheng Lim Goh de la Universidad de Newcastle en Singapur, especializado en tecnología de materiales, se desempeñó como asesor técnico en este proyecto. El Profesor Asociado Goh comenta: “Los compuestos de fibra de carbono ahora son bien adoptados en las industrias aeronáutica y automotriz debido a su alta resistencia y rigidez específicas, lo que permite que las aeronaves y los vehículos sean más eficientes en combustible y rentables. , la reparación puede ser costosa en términos de materiales y tiempo de entrega. La clave para mitigar el problema es modificar el compuesto de fibra de carbono para hacerlo más resistente a los impactos.

«Estoy muy satisfecho con el éxito del equipo en el desarrollo de este método para mejorar las propiedades de impacto de los compuestos de fibra de carbono. Estoy muy satisfecho con la publicación del método y los hallazgos».