カーボンの隠れたダメージを修正

2023 年 8 月 7 日

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シンガポールのニューカッスル大学による

ウェイ・リャン・ライ博士率いるシンガポールと英国の研究チームは、ケン・リム・ゴー准教授の指導監督とともに、炭素繊維材料の目に見えにくい損傷を修復するためのポータブル装置を開発した。 この装置は民間航空機の胴体の修理など、航空宇宙産業にとって大きな可能性を秘めています。 彼らの研究はジャーナル「Polymers for Advanced Technologies」に掲載されています。

カーボンファイバーとエポキシで作られた材料のほとんど目に見えない損傷を修復するための新しいハンドヘルドデバイスが作成されました。 研究者らはこのデバイスを層数が異なる16層と24層の材料でテストし、通常のエポキシ、ハロイサイトナノチューブと呼ばれる特殊な粒子を混合したエポキシ（E1HNT）、カーボンナノチューブを混合したエポキシ（NF100とも呼ばれる）の3種類の接着剤を試した。 Nano-Tech SPA の「NanoForce E100」として、赤外線技術と圧縮テストを使用して、修復がどの程度うまく機能するかを確認しました。

残念ながら、損傷した材料はすべて、損傷していない材料よりもはるかに弱っていました。 研究者らは、材料の層の数が修復の効果に影響を与える最も重要な要素であることを発見しました。 16 層材料の場合、真空中で通常のエポキシまたは E1HNT を使用することが伸縮性を回復するのに最も効果的でしたが、通常の大気圧で E1HNT 接着剤を使用することが破損の修復に最も効果的でした。

しかし、24層素材の場合、損傷がより複雑であったため、修復では完全に元の強度を取り戻すことができませんでした。 研究者らは、材料の特定の特性を回復するにはどの修復方法が最も効果的であるかを議論しました。

この研究に先立って、研究者らはさまざまな種類の樹脂の特性を研究し、損傷した複合材料の修復にどの樹脂が最適であるかを調べていました。 彼らは、損傷した材料をより良く固定するために接着剤に混合できるハロイサイト ナノチューブ (HNT) とカーボン ナノチューブ (CNT) を検討しました。 ただし、粒子と接着剤のブレンドの調製方法、使用する粒子の種類の効果、添加量などの要素を考慮して、これらの粒子と接着剤のブレンドがどの程度うまく機能するかを確認する必要がありました。

彼らは、2 つの市販の接着剤、Epo-Tek 301 と NanoForce E100 を研究し、また、Epo-Tek 301 と異なる量の HNT、および Epo-Tek 301 と処理済みおよび未処理の CNT の混合物も調製しました。

彼らは、接着剤の強さ（Sensorcraft Technology (S) Pte Ltd とシンガポールのニューカッスル大学の研究者が共同開発した専用のマイクロメカニカルテスターを使用）、物にどれだけよく接着するか、接着剤の物理的特性など、さまざまな特性を検査しました。それらは広がり、熱を処理する能力と化学的特性を備えています。

結果は、Epo-Tek 301 に 1% の HNT を添加してもその特性はあまり変化しませんでしたが、より多くの HNT を使用すると接着力が弱くなり、熱にさらされたときの挙動が変化することがわかりました。 一方、CNT を添加しても接着剤の特性は向上しませんでした。 実際、CNT を使用した接着剤は厚くなり、損傷した領域に浸透しにくくなるため、複合材料の修復には適さない可能性があります。

したがって、損傷した複合材料を修復するために接着剤を選択するときは、これらすべての要素を考慮して賢明に選択することが重要です。

詳しくは： WL Lai et al、ほとんど目に見えない衝撃損傷を受けた炭素繊維強化エポキシ積層板を修復するためのその場樹脂注入アプローチ: タグチ法を使用した修復パラメータの最適化、Polymer Composites (2023)。 DOI: 10.1002/pc.27327