Materialen die worden gebruikt voor de persoonlijke beschermingsmiddelen van een soldaat kunnen ook sterk genoeg zijn voor voertuigen, volgens een nieuwe legerstudie.

bevindingen, gepubliceerd op 10 april in het tijdschrift Polymeer , laten zien dat polymeren gevuld met koolstofnanobuisjes mogelijk kunnen verbeteren hoe onbemande voertuigen energie afvoeren.

Een team onder leiding van het Army Research Laboratory van het Combat Capabilities Development Command van het Amerikaanse leger voert theoretisch onderzoek uit door middel van computermodellering.

"Onze motivatie voor dit onderzoek is dat er mogelijk een gebruik kan zijn, als matrixmateriaal, voor verwerking in lichtgewicht composieten in onbemande voertuigsystemen, " zei Dr. Yelena R. Sliozberg, een computationele materiaalwetenschapper in het laboratorium.

Onderzoekers zeiden dat polyurethaan veelzijdige materialen zijn die worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, inclusief coatings, schuim en vaste elastomeren. Als filmlijmen, bijvoorbeeld, ze worden vaak gebruikt als bindmiddel tussen glaslagen en als polymeer achterlagen in transparant glas of kunststof composieten zoals zichtblokken op zijruiten die worden gebruikt in de tactische voertuigen. Vooral, hoogwaardige gesegmenteerde PUU-polymeren vertonen veelzijdige fysieke en mechanische eigenschappen.

In dit onderzoek, het team gebruikte computermodellering om de aard van de materialen te onderzoeken.

Sliozberg zei dat hiërarchische composieten een veelbelovend onderzoeksgebied zijn voor legervoertuigen, omdat ze minder vatbaar zijn voor corrosie. leidend tot vroegtijdig overlijden van de component.

"In tegenstelling tot traditionele thermohardende composieten zijn prestatie-poly(urethaneurea)-elastomeren veel minder bros en bieden ze een ongeëvenaarde controle over de materiaalarchitectuur, " Sliozberg zei. "Koolstof nanobuis / polymeercomposieten hebben gewenste elektrische en thermische eigenschappen die gedrag vertonen dat superieur is aan conventionele vezelmaterialen."

Sliozberg zei dat ze een dieper begrip moeten hebben van de aard van de interacties op moleculair niveau in deze materialen om de maximale stressniveaus te verbeteren die het kan weerstaan ​​en om de mechanismen voor energiedissipatie aan te passen.

Chemische modificatie van nanovulstoffen is niet triviaal en vermindert doorgaans hun eigenschappen door hun structuur en chemie te veranderen. Bijvoorbeeld, de Young-modulus kan lager zijn, ze legde uit.

De resultaten van dit team geven sterk de effectiviteit aan van het opnemen van uitgelijnde koolstofnanobuizen voor microstructuuroptimalisatie van hiërarchische PUU-polymeren in de matrix en op het grensvlak zonder enige modificatie van het vulmiddeloppervlak, zei Sliozberg.

"Het toont aan dat de aanwezigheid van hoge affiniteit van poly (urethaan-ureum) tot koolstofnanobuizen zou leiden tot een nieuwe groene syntheseroute zonder de noodzaak van enige oppervlaktefunctionalisering van nanobuizen voor de fabricage van met koolstofnanobuisjes versterkte poly (urethaan-ureum) nanocomposieten hiërarchisch composieten, " ze zei.

Sliozberg's co-auteurs voor het artikel, "Dissipatieve deeltjesdynamieksimulatie van microfasescheiding in polyurethaanureum-nanocomposieten" zijn Jeffrey L. Gair Jr., scinetica, Inc., en Dr. Alex J. Hsieh, van het Lab's Institute for Soldier Nanotechnologies aan het Massachusetts Institute of Technology.

Toekomstige legervoertuigen zouden een verbetering in hun structurele materialen kunnen zien, omdat ze minder vatbaar zijn voor corrosie, lichtgewicht en hebben een hogere elektrische geleidbaarheid dan traditionele elastomeren. De materialen tonen ook een groot potentieel om voertuigen te beschermen tegen statische opbouw en ontlading en blikseminslag.

"Bepaalde militaire voertuigen zoals legerhelikopters moeten bestand zijn tegen intense trillingen en vermoeidheid en de geleidende aard van deze materialen zou kunnen leiden tot een ongekend niveau van multifunctionaliteit met potentieel in realtime structurele gezondheidsmonitoring door middel van ingebouwde spanningsdetectie en schademonitoring die zal leiden tot veilige en het nauwkeurig beoordelen van de resterende levensduur van voertuigcomponenten, ' zei Sliozberg.

Medewerkers van de Drexel University bevorderen het onderzoek door het mogelijke gebruik van PUU-polymeren met koolstofnanobuisjes als filamentmaterialen voor 3D-printen te onderzoeken. Het laboratorium voert deze onderzoeken momenteel niet uit op voertuigen. Onderzoekers zijn van plan om in de nabije toekomst samen te werken met andere legerteams om te testen.