Nanofibras curtas de nylon 6 eletrofiadas para melhorar a resistência a danos de compostos de carbono

21 de março de 2023

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pela Newcastle University em Singapura

Compósitos de fibra de carbono são materiais estruturais preferidos devido à sua alta resistência específica e módulo. A construção laminada de compósitos de carbono e a natureza anisotrópica, porém, os deixam sensíveis ao carregamento externo. Uma vez que uma matriz frágil controla as propriedades dentro e fora da direção do plano, as regiões ricas em resina interlaminar são particularmente suscetíveis a trincas na matriz. Tal dano incipiente eventualmente evolui para fratura limitante da vida, como delaminação sob carregamento do Modo II.

Várias técnicas têm sido empregadas para interromper a gênese e a propagação de trincas, melhorando assim a resistência a danos dos compósitos. Uma das abordagens mais promissoras é modificar o epóxi com nanopartículas por causa de sua alta área de superfície em relação ao volume e capacidade de combater rachaduras em escala de mícron. No entanto, as nanopartículas estão intrinsecamente associadas à aglomeração na microestrutura que pode servir como locais de iniciação de danos fragilizados.

As nanofibras curtas de nylon 6 eletrofiadas (figura a) foram propostas como um reforço alternativo de epóxi, uma vez que suas propriedades mecânicas a granel eram comparáveis ​​às do epóxi. Esperava-se que as nanofibras de alta área superficial e proporção de aspecto introduzissem interfaces de absorção de energia e mecanismos de tenacidade em nanoescala (figura b). A fabricação envolveu fiação e encurtamento de nanofibras seguidas pela modificação de epóxi para fabricar compósitos de fibra de carbono usando ensacamento a vácuo. As amostras foram testadas sob carga de indentação quase estática de acordo com ASTM D6264/D6264M-17.

Os resultados mostraram uma melhoria de 8,7, 8,8 e 53% na força de pico, deslocamento e tenacidade elástica na concentração ideal de nanofibras. O crescimento de dano direcional externo foi suprimido e a área de dano aumentou marginalmente. Na concentração ideal de nanofibras, a área delaminada foi reduzida em 12,6%. Supressão de falha de fibra compressiva e ligação interlaminar melhorada foram creditados para oferecer desempenho superior.

Esses compósitos de carbono reforçados com nanofibra eletrofiados recentemente desenvolvidos tentam resolver o problema clássico de baixa resistência a danos de compósitos comumente relatados em aplicações aeroespaciais, marítimas e automotivas. A melhoria na resistência ao dano provavelmente reduzirá os custos de inspeção não destrutiva e a adoção de estruturas compostas com baixo fator de segurança.

O trabalho foi liderado por Usaid Ahmed Shakil, no Centro de Materiais Compósitos Avançados (CACM), Universiti Teknologi Malaysia, apoiado por seis membros da equipe, a saber, os professores Shukur Bin Abu Hassan, Yazid Bin Yahya, Muhammad Asyraf Bin Muhammad Rizal, Ahmad Ilyas Bin Rushdan , Mat Uzir bin Wahit, da Universiti Teknologi Malaysia, e Mohd Ruzaimi Mat Rejab, da Universiti Malaysia Pahang. Foi publicado na revista Polymer Composites.

O professor associado Kheng Lim Goh da Newcastle University em Cingapura, com especialização em tecnologia de materiais, atuou como consultor técnico neste projeto. O Professor Associado Goh comenta: "Os compostos de fibra de carbono são agora bem adotados nas indústrias aeronáutica e automobilística devido à sua alta resistência específica e rigidez, permitindo que aeronaves e veículos sejam mais eficientes em termos de combustível e econômicos. No entanto, acidentes estão prestes a acontecer e quando isso ocorre, o reparo pode ser caro em termos de materiais e tempo de execução. Modificar o composto de fibra de carbono para se tornar mais resistente ao impacto é a chave para mitigar o problema.

"Estou muito satisfeito com o sucesso da equipe no desenvolvimento desse método para melhorar as propriedades de impacto dos compósitos de fibra de carbono. Estou muito satisfeito com a publicação do método e das descobertas."