來源：中國合成樹脂網 2022-05-11 11:09:42
德克薩斯 A&M 大學的研究人員開發了一種使用混合納米材料的方法，能夠在幾分鐘內制造出具有良好機械性能的高性能熱塑性復合材料。
纖維增強熱塑性塑料因其固有的特性正在高速取代金屬——它們輕便、堅固、可回收和可延展。它們可用于各種應用，包括制造、汽車和航空航天工業，因為它們既具有成本效益又具有可持續性。
該項目以車重減輕10%，燃油效率提高6%-8%，二氧化碳年排放量減少325公斤為前提。提供了與金屬零部件制造競爭的可相關人員說。此外，該項目解決了航空航天領域減少重量和制造成本的需求，從經濟上證明了制造用于成像、雷達、監視和交付的小型飛行器的合理性。它還加快了商用飛機快速制造復合材料的認證。
克服悖論
高性能熱塑性復合材料通常是半結晶的，包含結晶區和無定形區。在聚合物中，晶體是聚合物鏈按特定順序排列的區域，無定形區域是具有隨機結構的區域。
然而，熱塑性塑料存在一個悖論：如果通過增加晶體數量來提高強度，它會變脆，但如果通過增加無定形區域來解決脆性，則強度會顯著降低。由于快速加熱和冷卻過程沒有足夠的時間形成晶體，因此快速制造過程會引發這種悖論，從而難以生產堅固的熱塑性塑料。
研究人員說，實現具有相互影響的特性的結構具有挑戰性。然而，這些結構在自然界中是存在的。例如，象鼻的強度足以舉起數百磅，在戰斗中很僵硬，但也足夠柔軟、靈活和細膩，可以處理小蔬菜。同時，它還提供多種功能，如通訊、飲水和淋浴。這些令人難以置信的功能的關鍵是樹干的復雜微觀結構，我們可以將其視為我們如何在一個結構中實現自相矛盾的特性的一個例子。
設計結晶非晶微結構
為了應對這一挑戰，研究人員建議在制造過程中使用混合納米材料設計結晶非晶微結構。這些納米材料可以通過控制晶體的成核、生長、取向和尺寸分布，將晶體調整為所需的結構。在生產過程中開發微觀結構會產生一種既堅固又抗斷裂的熱塑性復合材料。
他們的新方法有可能以更快的速度和更低的成本生產纖維增強熱塑性塑料。此外，它可以提供一種可擴展的解決方案，能夠在制造業中與金屬競爭。
該項目通過為汽車、航空航天和海洋工業配備快速制造技術，加速了可能有利于美國經濟和國家安全的制造平臺。
未來，研究人員將尋求提供物理證據，證明他們的制造過程反映了他們的分子模擬。為了完成這項任務，他們正在與空軍研究實驗室合作，以確定他們的研究結果是否與制造工藝兼容。
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