نانو تیوب های کربن اجزاء جدید برای ساخت کامپوزیت‌ های سبک

های کربن به عنوان یکی از اجزاء کامپوزیتی مفید در علم مواد شناخته می‌شوند. این اجزاء می‌توانند به انواع مختلف تولید شوند و یکی از کاربردهای جدیدی که برای آنها کشف شده است، استفاده از این ‌ها به عنوان اتصالات بخیه مانند است که می‌تواند در صنعت مفید واقع شود. در ادامه با انجینیک همراه باشید.هواپیماهای پیشرفته‌ی امروزی کمپانی‌های بزرگ دنیا مانند بوئینگ و ایرباس، از مواد کامپوزیتی مدرن ساخته شده‌اند. این مواد که پلاستیک‌های تقویت شده بوسیله‌ی الیاف کربن هستند، وزن هواپیما را به شدت کاهش داد و باعث کاهش مصرف سوخت می‌شوند. وزن هواپیماهای ساخته شده از مواد کامپوزیتی، ۲۰ درصد کمتر از هواپیماهایی است که با آلیاژ آلومینیم ساخته می‌شوند.

اما پاشنه‌ی آشیل این مواد کامپوزیتی، مقاومت کمتر آنها در برابر ضربات ناگهانی نسبت به آلومینیم است. به خاطر داشتن لایه‌های مواد مختلف، مقاومت کمتری در برابر ضربات نسبت به آلومینیم از خود نشان می‌دهد. دانشمندان هوا فضای دانشگاه MIT به تازگی روشی مناسب برای از بین بردن این عیب مواد کامپوزیتی کشف کرده‌اند که در ژورنال هفتگی Composite Science and Technology منتشر شده است. آنها توانسته‌اند روشی برای پیوند هر چه محکم‌تر لایه‌های مواد کامپوزیتی کشف کنند که محصول آن، کامپوزیتی با مقاومت بسیار بالا در برابر ضربه خواهد بود. این دانشمندان در جریان تحقیقات خود، از نانو تیوب های کربن به عنوان اتصال بین لایه‌های ماده‌ی کامپوزیتی استفاده کردند.

این نانوتیوب‌ها ضخامتی برابر با یک مولکول کربن دارند و بر خلاف ساختار میکروسکوپی، مقاومتی بسیار بالا از خود نشان می‌دهند. دانشمندان برای ساخت ماده‌ی جدید، الیاف نانو کربن را در زمینه‌ای پلیمیری با خاصیت چسبندگی وارد کردند و سپس این مخلوط را در بین لایه‌های کامپوزیت فیبر کربنی پرس کردند. نانو تیوب های کربنی در این ماده مانند کوک‌ها و بخیه‌هایی عمل می‌کنند که به صورت عمودی تراز شده‌اند و لایه‌های کامپوزیت را به هم متصل می‌کنند. کامپوزیت حاصل، ۳۰ درصد مقاومت بیشتر نسبت به کامپوزیت‌های معمولی در آزمایشات از خود نشان داد. این ماده می‌تواند در ساخت قطعات هواپیما و بخصوص آن بخش از قطعات که نیاز به پیچ و مهره دارند، به خوبی استفاده شود. البته تحقیقات هنوز در مراحل اولیه قرار دارد اما نتایج آن می‌تواند به ساخت هواپیماهایی سبک‌تر و با مصرف سوخت پایین‌تر منجر شود.

مواد کامپوزیتی فیبر کربنی امروزی، از لایه‌های محتلف حاوی ساخته شده‌اند که با استفاده از یک لایه‌ی چسب پلیمری به هم متصل شده‌اند. برای تقویت این لایه‌ی چسبی از روش‌هایی با نام Z-pinning یا ۳D Waving استفاده می‌شود که شبیه به وارد کردن پیچ و مهره در چوب‌های چند لایه هستند و هر کدام معایب خاص خود را دارند. یکی از معایب بزرگ این روش‌ها، ابعاد بزرگ‌ پین‌هایی است که در آنها استفاده می‌شود و این پین‌ها به راحتی به فیبرهای کربنی آسیب وارد می‌کنند. اما در مقابل، نانو تیوب های کربن ابعادی بسیار کوچک‌تر از فیبرهای کربن دارند و ابعادی حدود یک میلیونم این فیبرها را دارند. در نتیجه وارد کردن این نانوتیوب‌ها در بین فیبرها، آسیبی به آنها وارد نمی‌کند. بعلاوه، این نانوتیوب‌ها سطح تماسی حدود ۱۰۰۰ برابر فیبرهای کربن دارند و به راحتی با زمینه‌ی پلیمری اتصال برقرار می‌کنند.

برای آزمایش این محصول جدید، آزمایش کشش و خستگی که آزمایشی استاندارد در علوم هوا فضا است بر روی این مواد انجام شد و کامپوزیت حاوی نانوتیوب‌های کربنی، ۳۰ درصد مقاومت بیشتری نسبت به کامپوزیت‌های معمولی از خود نشان دادند. این مواد جدید در آزمایش فشار نیز ۱۴ درصد مقاوم‌تر بودند.

منبع: sciencedaily
مهدی زارع
مهدی زارع

فارغ التحصیل رشته مهندسی مکانیک گرایش ساخت و تولید دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد. علاقه به انتشار محتوای مفید در حوزه‌ی مهندسی مکانیک و شاخه‌های وابسته، باعث شد تا به همراه تعدادی از همکاران فعال در این زمینه، اقدام به تاسیس وبسایت اطلاعرسانی انجینیک کنیم.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *