空客和波音公司最新的載人航天飛機機身主要是由先進的復(fù)合材料構(gòu)成的,譬如用質(zhì)量極輕且使用性能優(yōu)異的碳纖維增強塑料(結(jié)構(gòu):合成樹脂、增塑劑、穩(wěn)定劑、色料)代替飛機的鋁基材料,可以使其重量減輕約20%。復(fù)合材料在飛機上的主要應(yīng)用優(yōu)勢就在于通過減輕重量以節(jié)省燃油消耗。但是復(fù)合材料抗損傷性能較差:與鋁基材料在斷裂前可以承受較大的沖擊相比,復(fù)合材料的多層結(jié)構(gòu)在較小沖擊下就很容易發(fā)生斷裂。
研究人員使用碳納米管將每一層復(fù)合材料栓在一起。碳納米管中的薄卷狀碳原子雖然 身形微小,但是強度極高。他們在類膠狀聚合物基體中嵌入碳納米管森林然后壓緊 碳纖維復(fù)合材料層間的聚合物基體。納米管就像是細小的豎直排列的 針 充當多層結(jié)構(gòu)的支架,在層間部位進行縫合。
測試結(jié)果表明,與現(xiàn)有復(fù)合材料相比,經(jīng)碳納米管縫合的復(fù)合材料強度可提升30%,在斷裂前能承受更大的作用力。
此項研究的首席研究員,MIT航空航天系博士后Roberto Guzman認為,性能提升的復(fù)合材料可以用于制造強度更高、質(zhì)量更輕的飛機零部件,尤其是那些使用傳統(tǒng)復(fù)合材料制造的因包含螺釘或螺栓而容易斷裂的零部件,尺寸是關(guān)鍵
當前,復(fù)合材料由層狀的橫向碳纖維組成,通過膠粘劑粘接。ab點膠機是一種專門用于點雙組份膠水的機器,同普通單液點膠機有著明顯的區(qū)別,首先ab點膠機有兩個料桶,其中A料桶用于裝本膠,B料桶用于裝催化劑,當A膠遇到催化劑時,膠水才開始固化。此項研究參與者,MIT航空航天系教授Wardle指出,層間粘合處是非常薄弱、存在問題的區(qū)域 。許多學(xué)者嘗試采用Z釘扎方法固定或通過三維編制復(fù)合材料層的碳纖維束以增強結(jié)合性能,類似于釘子和針線所起的作用。
Wardle 表示,釘子或針的尺寸是碳纖維的幾千倍,所以如果在碳纖維中加入這些物質(zhì),將會破壞成千上萬的碳纖維,對復(fù)合材料本身的損傷不言而喻。ab點膠機是一種專門用于點雙組份膠水的機器,同普通單液點膠機有著明顯的區(qū)別,首先ab點膠機有兩個料桶,其中A料桶用于裝本膠,B料桶用于裝催化劑,當A膠遇到催化劑時,膠水才開始固化。點膠機用途分為粘接,灌注,涂層,密封,填充,點滴,所以點膠機又稱打膠機,注膠機,滴膠機,灌膠機,涂膠機等,是專門對流體進行控制,并將液體點滴、涂覆、灌封于產(chǎn)品表面或產(chǎn)品內(nèi)部的自動化機器。 ;而碳納米管直徑約10納米,只有碳纖維尺寸的百萬分之一。
尺寸的問題很重要,正因為納米管進入復(fù)合材料內(nèi)部而不會影響大尺寸的碳纖維,才使復(fù)合材料的性能得以保持,Wardle解釋說,碳納米管擁有的表面積達到碳纖維的1000倍,這使它們與聚合物基體結(jié)合良好。點膠設(shè)備.按照膠水來分可分為,單液點膠設(shè)備,雙液點膠設(shè)備,多組分點膠設(shè)備等,按照控制軸數(shù)可以分為雙軸點膠設(shè)備,三軸點膠設(shè)備,四軸點膠設(shè)備等。
Guzman和Wardle采用的新技術(shù)即可使碳納米管嵌入聚合物膠內(nèi)部。首先,他們獲得豎直排列的碳納米管森林,然后將納米森林置于粘稠的、未固化的復(fù)合層之間,重復(fù)此過程一直到16層(典型的復(fù)合材料疊層結(jié)構(gòu)),實現(xiàn)碳納米管在層與層之間粘結(jié)。
Wardle認為,隨著大多數(shù)新型飛機的重量超過一半來自于復(fù)合材料,提升當前復(fù)合材料的綜合性能對拓寬其在航空結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用將起到很大的推動作用。