미국의 National Laboratory Oak Ridge Energy of Energy의 연구원들은 탄소 섬유 및 기타 중합체 복합 섬유를 개선하기 위해 탄소 난 섬유를 사용하여 혁신적인 새로운 기술을 개발하여 구조차 재료, 비행기 및 가벼운 재료가 필요한 기타 응용 분야를 개선 할 것입니다.
잡지에 게시 된 결과 고급 기능성 재료더 강력하고 저렴한 제품을 만들 겠다는 약속을 보여 주며, 미국 제조업체가 에너지 및 국가 안보와 같은 응용 분야에서 탄소 섬유를 사용할 수있는 새로운 기회를 열어주십시오.
ORNL 연구원 인 Sumit Gupta는“탄소 섬유와 그들을 둘러싼 중합체 매트릭스 사이의 접착력을 개선하는 데 어려움은 업계에서 한동안 걱정하고 있으며, 많은 연구가 다른 접근법에 들어갔다”고 말했다. “우리가 발견 한 것은 탄소 나노 섬유를 사용하여 화학적 및 기계적 결합을 만드는 하이브리드 기술이 훌륭한 결과를 가져온다는 것입니다.”
탄소 섬유는 순수한 탄소 사슬이 콘크리트에 내장 된 보강재와 유사한 중합체 매트릭스에 내장되어 강철보다 강력하고 가벼워집니다. 도전은 매트릭스 중합체가 탄소 섬유에 충분히 강한 부착을하지 않아 복합 재료의 성능을 감소 시킨다는 것입니다. 섬유 매트릭스의 술을 개선하기 위해 업계는 섬유 외관의 질감 또는 화학 물질의 공정 제한 성공에 주입을 시도했습니다.
ORNL 접근법은 기계적 및 화학적 결합을 결합하여 인장 강도의 50% 개선을 달성하고 신중하게 적응 된 나노 섬유를 사용하여 기본적으로 재료의 내구성을 거의 두 배로 증가시킵니다.
“우리는 2023 년 에이 프로세스를 개발했지만 최근에는 이러한 개선을 허용하는 물리적 프로세스를 최적화하고 완전히 이해하는 데 중점을 두었습니다.“ORNL 연구원 Chris Bowland가 말했다.”우리는 여러 변수를 신중하게 제어하면 탄수화물 섬유 복합재 및 잠재적으로 다른 유형의 복합재의 성능을 크게 향상시키는 나노 섬유를 생성 할 수 있음을 발견했습니다.‘
개선의 열쇠는 복부의 거미 실크와 유사한 탄소 섬유, 폴리 아크릴로 니트릴, 섬유로 압출기의 전구체가 전기 방사로 알려진 혁신적인 기술입니다. Polyacrichonitril은 폭이 약 200 나노 미터 또는 폭의 전형적인 인간 모발의 실을 생산하기 위해 강한 전기장을 통해 압출됩니다. 가닥은 탄소 섬유 천으로 덮인 금속 드럼의 유치원에 착륙합니다.
전기장, 드럼 속도 및 기타 요인의 다른 강도, 연구자들은 화학적으로 매트릭스에 묶여 있고 다른 탄소 섬유에 기계적으로 연결된 섬유를 만들 수 있으며 기본적으로 두 가지 다른 재료 사이에 “다리”를 생성 할 수 있습니다. 연구원들은 또한 전기 방송 조건을 조정함으로써 화학 결합의 유형과 섬유의 방향을 제어 할 수있었습니다.
연구팀은 기술에 대한 특허에 가입했으며, 산업 파트너가 자동차, 항공기 및 에너지와 같은 응용 분야에서 이미 집중적으로 사용되는 상업용 탄소 섬유 복합재의 경쟁력을 향상시킬 수 있기를 희망하여 산업 파트너가 라이센스를 부여 할 계획입니다. 그들은 민사 인프라 또는 방어 및 보안과 같은 탄소 섬유의 사용을위한 새로운 앱을 열 수있는 기술을 강화할 가능성을보고 있습니다.
더 넓은 탄소 섬유 구현의 주요 제한 요소는 비용입니다. 섬유 접착력을 개선함으로써 제조업체는 더 적은 재료를 사용하고 불연속 섬유로 알려진 짧은 탄수화물 섬유를 사용할 수 있으며, 그렇지 않으면 해산 될 수 있습니다.
새로운 기술이 가능한 한 성공적이고 유연하게 보장하기 위해 팀은 가장 기본적인 수준에서 플레이 한 힘을 깊이 이해하기를 원했습니다. 그들은 처음으로 Ornl Nanophase Material Sciences, Science Users Office 사무실 및 특성화 및 녹음을위한 대규모 일련의 도구로 향했습니다. 이 도구를 통해 연구원들은 하위 마이크론 수준에서 무슨 일이 있었는지 볼 수있었습니다. 또한 X- 레이 스프레이 및 핵 자기 공명 영상 (NMR) 기록과 같은 기술을 사용하여 섬유 및 매트릭스의 작동 방식을 이해했습니다. 마지막으로, 그들은 과학 사무실 사무실 인 Oak Ridge Leadership Computer Science의 Border SuperCompute에 접근하여 섬유 형태를 완전히 모델링하고 시뮬레이션하고 매트릭스와 의사 소통했습니다.
“특성과 컴퓨터 과학은 실제로 Ornl과 같은 장소의 자원을 요구했습니다.“Gupta가 말했다.”우리는 전체 실험실에서 전문 지식과 기능에 접근 함으로써이 기술에 대한 더 깊은 이해와이를 개선하고 여러 응용 프로그램에서 업계에서보다 유연하게 만들 수있는 가능성을 얻었습니다.‘
연구팀은 다른 섬유 강화 조성물에 대한 잠재적 응용을 탐색하면서 더 큰 제어와 더 나은 결과를 제공하기 위해 전기 기술을 계속 개선 할 계획입니다. 이 연구는 반도체 또는 pyzoelectric 재료의 구축 된 입자를 통해 자체 건강을 모니터링 할 수있는 자체 결정 복합재 개발에 대한 이전 연구와 새로운 기술을 통합함으로써 진행 중입니다.
이 연구는 에너지 효율 사무소와 에너지 효율 사무소 및 풍력 에너지 에너지 에너지 에너지 사무소, Dole Science Office를 후원했습니다.
원천:
오크 릿지 국립 연구소
