Недавній прогрес у зміцненні міжфазної поверхні та самозалікуванні полімерних композитів на основі

Виправлення для цієї статті

Недавній прогрес у зміцненні поверхні та самовідновлення пошкоджень полімерних композитів на основі електроспіну та нановолокон, продуваних розчином: огляд

Том 130 Випуск 6 Журнал прикладної полімерної науки
сторінки: 4614-4614
Вперше опубліковано в мережі: 5 вересня 2013 р

Кафедра машинобудування, Державний університет Північної Дакоти, Фарго, Північна Дакота, 58108‐6050

Кафедра машинобудування та промислового машинобудування, Університет Іллінойсу в Чикаго, Чикаго, Іллінойс, 60607‐7022

Кафедра машинобудування, Державний університет Північної Дакоти, Фарго, Північна Дакота, 58108‐6050

Виправлення додано 28 серпня 2013 року після першої публікації в Інтернеті.

АНОТАЦІЯ

ВСТУП

ІНТЕРФАЦІАЛЬНИЙ ЗБІЙ ЧВК І МЕТОДИ ПРИГУЩЕННЯ НЕЗАДАЧНОСТІ

НАНОТЕХНОЛОГІЧНІ ІНТЕРФЕЦІАЛЬНІ ТЕХНІКИ ГРУПНОСТІ ДЛЯ ЛАМІНОВАНИХ ЧВК

Основні переваги вищезазначених методів зміцнення міжфазного покриття включають низьку вартість виготовлення нановолокон, низьку вагу до вищої питомої міцності та жорсткості ПМК, оскільки упрочнені нановолокна сильно локалізовані на інтерфейсах та низький вплив на обробку ПМК, завдяки чому це метод поверхневого зміцнення можна зручно об'єднати у звичайний процес PMC. Таким чином, це посилення міжфазних зв’язків має мати багатообіцяюче майбутнє у галузях PMC. Однак, як і всі звичайні техніки зміцнення, цей метод зміцнення на основі нановолокна не виконує жодної функції самовідновлення до пошкоджень. Межфазні механічні властивості з часом безповоротно погіршуватимуться. Це нещодавно привернуло увагу дослідника до вирішення цього питання.

БІО-НАДИХОВАНИЙ САМОЗЦІЛЕННЯ ІНТЕРФЕЦІАЛЬНОЇ ШКОДИ ДЛЯ ЛАМІНОВАНИХ ПМК

Крім того, механізми самовідновлення пошкоджень на основі порожнистих волокон, вбудованих в інженерний матеріал, схожі на артерії в природній системі. 35, 36 Для включення порожнистих скляних волокон, що несуть загоюючий агент, у композити, продемонстровано комерційні порожнисті скляні волокна; їх можна безпосередньо консолідувати в ламінати, а потім виготовити в композитні ламінати; тобто система самовідновлення також може функціонувати як підсилюючий елемент. 35 Основними перевагами концепції самовідновлення порожнистих волокон є те, що волокна можуть розташовуватися так, щоб відповідати орієнтації навколишніх армуючих волокон і тим самим мінімізувати ефект коефіцієнта Пуассона та невідповідність властивостей між мережею самовідновлення та армуючі волокна. Крім того, волокна можуть бути розміщені в будь-якому місці в межах послідовності укладання для вирішення конкретних загроз відмови (Рисунок 4).

Контрольовані експерименти у дослідженні показали, що після триточкового випробування на попередній збиток жорсткість на вигин значно зменшилася з початкових 144,8-163,9 кН/м до 46,3-61,2 кН / м. Через 2 години загоєння пошкоджень в умовах вільного навантаження, зцілена жорсткість була збільшена до 99,0–159,0 кН/м, відновлення майже на 70–100% жорсткості. 12, 84 Фрактографічний аналіз провальної поверхні зразків на основі скануючої електронної мікроскопії (SEM) показав автономне вивільнення загоюючого агента (DCPD) на розшарованій поверхні (рис. 5). Після реакції ROMP ці полімеризовані DCPD функціонували як дискретні штифти для зв'язування розшарованих поверхонь. Крім того, пластичну деформацію можна чітко диференціювати на зажилих місцях (після остаточного руйнування), що відповідає значним деформаціям на зсув під час триточкових випробувань на вигин; це дозволило суттєві розбіжності міжфазних деформацій, особливо популярні у ламінованих ПМК. Подібним чином, ці пластикові нановолокна серцевини-оболонки можуть також функціонувати як зміцнюючі нановолокна до розподілу та подібні до однорідних нановолокон, що зміцнюються, обговорюваних раніше. 12

Тут нановолокна серцевини-оболонки, навантажені лікувальним агентом, що використовуються для пошкодження між поверхнею обличчя самозагоюються ламінованих ПМК, щойно почали бачитись. Подібно до інших самовідновлювальних матеріалів та схем зміцнення поверхневого зміцнення в ламінованих ПМК, найближчим часом очікуються суттєві дослідницькі ефекти для визначення основ усього процесу, включаючи контрольоване виготовлення нановолокон серцевини-оболонки, завантажених лікувальним агентом, доставка агента, зміцнення та пошкодження механізмів самовідновлення та оптимальна конструкція самозаживаючих ламінованих ПМК.

ВИСОКОЕФЕКТИВНЕ ВИРОБНИЦТВО НАНОФІБЕРІВ, ЗАВАНТАЖЕНИХ АГЕНТАМИ

Коаксіальне електроспінінг (ко-електроспінінг) було розроблено як техніку, що дозволяє утворювати волокна та нановолокна розміром серцевина-оболонка мікрометра, використовуючи наелектризовані струмені полімерних розчинів. 85 Фізичний механізм спільного електропрокручування подібний до механізму електровіджиму. Він базується на електрично керованій нестабільності на вигин електрифікованих струменів і є приватним прикладом нестабільності Ерншоу в електростатиці. 86, 87 Нестабільність на вигин призводить до фрактально-подібної конфігурації струменя полімеру в польоті та відповідної величезної довжини, яку він набуває приблизно на відстані 10 см від голки до колектора. В результаті струмінь розтягується зі швидкістю близько 10 3 с -1 і стає дуже тонкою, тоді як в'язкопружність запобігає розриву капілярів. Паралельно розчинник випаровується, полімер випадає в осад і твердне, і таким чином утворюються нановолокна.

При спільному електроспінінгу два голівки полімеру подаються на голку серцевина-оболонка окремо (рис. 6). На виході голки серцевина-оболонка, прикріплена до шприца з подвійним відділенням, виходить крапелька серцевина-оболонка. 88, 89 Крапля розтягується під дією електричних напружень Максвелла, спрямованих до зустрічного електрода, і в надкритичних режимах, коли електричне витягування долає поверхневий натяг і в'язкопружний опір, із його кінчика видається струмінь серцевина-оболонка. 90 Він зазнає нестабільності на вигин, про яку говорилося раніше. Кілька оглядів нещодавно були присвячені електроспинінгу 91-93 і показали, що ця методика широко використовується багатьма дослідницькими групами.