Eksperimentel analyse, computersimuleringer afslører, hvordan vævede stofkompositter deformeres af varme

Materialer kaldet triaksialvævede stofkompositter (TWFC'er) har fibre vævet sammen i tre retninger, almindeligvis i en 60-graders vinkel i forhold til hinanden. De bruges i stigende grad i mange applikationer, men deres reaktion på opvarmning og afkøling er ikke blevet grundigt undersøgt.

Materialeforsker Ahmad Kueh ved Universiti Malaysia Sarawak (UNIMAS) har nu foretaget en detaljeret undersøgelse af denne betydelige videnskløft. Hans resultater er offentliggjort med åben adgang i tidsskriftet Heliyon .

Den nye eksperimentelle og teoretiske forståelse af en vridende bevægelse ved opvarmning vil hjælpe med at forudsige materialets strukturelle integritet og ydeevne under forskellige og foranderlige forhold. "Disse innovative resultater har betydelige konsekvenser for en bred vifte af applikationer, især i design af varmebestandige materialer, der er afgørende for rumfartssektoren," siger Kueh.

Når TWFC'er væves ved hjælp af kulfibre og derefter integreres med harpiks, kan TWFC'er kombinere fordelene ved lav vægt, bearbejdelighed, styrke og modstandsdygtighed over for korrosion. Nogle TWFC'er bruges allerede i applikationer lige fra flyskrog og vinge- og motorkomponenter til sportsudstyr, herunder tennisketchere, golfkølleskafter og cykelrammer.

Med udgangspunkt i tidligere arbejde, der allerede er offentliggjort med samarbejdspartnere, gennemførte Kueh en detaljeret undersøgelse, kombineret med computersimuleringer, af enkelte ark af et kommercielt tilgængeligt materiale leveret af Sakase Adtech-virksomheden. Dette omfatter kulfibre fremstillet af Toray Industries, Inc. i Japan.

Arkene er åben-vævede, hvilket betyder, at de sammenvævede fibre er adskilt af regelmæssigt adskilte og stabile sekskantede mellemrum. For at lave en enkeltlags kompositstruktur blev de kombineret og hærdet med en varm flydende polymerharpiks, der gennemblødte fibrene og derefter størknede ved afkøling.

Når den blev udsat for gentagne opvarmningscyklusser i området fra 20°C til 100°C, var forskningen i stand til at analysere en vridende bevægelse forårsaget af temperaturændringer. Detaljeret kvantificering af de eksperimentelt observerede deformationer var i god overensstemmelse med dem, der blev forudsagt ved computersimulering.

"Den nye forståelse vil frigøre potentialet til at forbedre effektiviteten af ​​TWFC'er på tværs af en lang række industrier," siger Kueh.

Sammen med kolleger planlægger han nu at undersøge den termiske dynamik i mange andre TWFC'er, herunder forskellige vævningsmønstre, flerlagsstrukturer og hybridmaterialer, der inkorporerer andre typer kompositter. Denne fremtidige udforskning vil omfatte samarbejde med industripartnere for at udføre de praktiske tests, der er nødvendige for at opnå indsigt, der er relevant for brug i den virkelige verden.

Ud over rumfartsapplikationer nævner Kueh mange muligheder, herunder armeret beton, sportsudstyr, panser og stærke varmebestandige tekstiler til brug af brandmænd.

"Vores opdagelser baner vejen for en fremtid, hvor kombinationen af ​​lav vægt og styrke forvandler adskillige hverdagsprodukter og gør dem mere effektive, omkostningseffektive og modstandsdygtige," konkluderer han.

Flere oplysninger: A.B.H. Kueh, Termisk inducerede reaktioner af triaksialt vævede stofkompositter, Heliyon (2023). DOI:10.1016/j.heliyon.2023.e17631

Journaloplysninger: Heliyon

Leveret af Universiti Malaysia Sarawak