Nanomateriały stosowane w zaawansowanych kompozytach

Wbudowanie nanorurek węglowych (CNT) w osnowę polimerową daje możliwość stworzenia materiałów o wielofunkcyjnych właściwościach. Trzeba jednak pokonać szereg problemów, aby z powodzeniem wprowadzić przewodzące prąd nanocząstki do polimerowych laminatów kompozytowych. Przykładowo, zwiększenie lepkości żywicy oraz filtracji nanocząstek prowadzi do powstawania defektów w laminatach. Inną ważną kwestię dotyczącą szerszego wykorzystania polimerów wzmocnionych włóknem węglowym (CFRP) jest brak niezawodnych metod kontroli jakości.

W ramach finansowanego ze środków UE projektu ELECTRICAL (Novel aeronautical multifunctional composite structures with bulk electrical conductivity and self-sensing capabilities) pracowano nad wykorzystaniem niezwykłego potencjału nanowzmocnionych żywic pod względem ich właściwości elektrycznych i mechanicznych.

Naukowcy pracowali nad alternatywnymi metodami produkcji nanowzmocnionych kompozytów węglowych, kompatybilnych z aktualnie stosowanymi przemysłowymi procesami wytwarzania kompozytów. Przeanalizowano różne nowoczesne technologie wytwarzania, umożliwiające przekształcanie nanowypełniaczy CNT w wielofunkcyjne tabletki, prepregi lub wstępne arkusze do dalszego zastosowania w strukturach CFRP. Wprowadzenie nanowypełniaczy do wzmocnionych włókien termoplastycznych lub nieplecionych tkanin zewnętrznych pomogło w pokonaniu problemu wzrostu lepkości żywicy i zjawisk filtracji.

Uczestnicy projektu ELECTRICAL wykorzystali właściwości CNT jako domieszki żywicy polimerowej, aby stworzyć nowe wielofunkcyjne struktury kompozytowe zdolne do przewodzenia elektryczności oraz samodetekcji.

Mapowanie dielektryczne pomogło w monitorowaniu i optymalizowaniu procesu utwardzania polimerów CFRP. Technika ta wykorzystuje przewodnictwo elektryczne nanorurek węglowych do wykonywania nieinwazyjnych pomiarów elektrycznych materiału w pobliżu czujnika dielektrycznego. Właściwości piezorezystancyjne nanorurek węglowych umożliwiły ponadto tworzenie w polimerach CFRP innowacyjnych struktur o rozproszonych lub zlokalizowanych zdolnościach samodetekcji, co pozwala dokonywać kontroli jakości gotowych elementów.

Działania i wyniki projektu ELECTRICAL powinny przyczynić się do zwiększenia konkurencyjności europejskich przedsiębiorstw lotniczych na tle międzynarodowej konkurencji. Podstawowym rynkiem docelowym jest produkcja kompozytowych elementów kadłuba do dużych samolotów nowej generacji. Zaawansowane materiały kompozytowe mogą też znaleźć zastosowanie w innych sektorach, na przykład przemyśle kosmicznym, motoryzacyjnym i kolejowym.