Skoltech-onderzoekers hebben pultrusie verbeterd - een technologie die wordt gebruikt om vezelversterkte polymeren met constante dwarsdoorsnedeprofielen te produceren. Dit zijn lichte en stijve composietmaterialen gemaakt van kunststof en glas- of koolstofvezels. Ze roesten niet, kunnen worden gelast, zijn geschikt voor recycling en zouden ooit staal en aluminium kunnen vervangen in de civiele techniek, de scheepsbouw en elders. Voorlopig worden ze vooral geproduceerd en onderzocht in wetenschappelijke laboratoria. De bevindingen van het onderzoek, waarbij leerlingen van het Letovo-internaat voor hoogbegaafde kinderen betrokken waren, worden gerapporteerd in Composites Communications .

Bij thermoplastische pultrusie worden tapes van met plastic geïmpregneerde glasvezels door een machine getrokken waarbij het plastic smelt en het materiaal de gewenste vorm aanneemt.

In plaats van de conventioneel gebruikte brontape, gebruikte het Skoltech-team van het Center for Materials Technologies onder leiding van assistent-professor Alexander Safonov, hoofd van het laboratorium voor composietmaterialen en -structuren van het Instituut, het soort grondstof dat gewoonlijk wordt gebruikt in een andere productietechniek, wat resulteert in een verrassende toename van 20% tot 27% in de sterkte van de gepultrudeerde composieten.

"In plaats van de meer conventionele tapes te gebruiken, hebben we vellen van vergelijkbare samenstelling besteld bij de Zhongji Company, China, en deze in reepjes gesneden die geschikt zijn voor de pultrusiemachine", de eerste auteur van de studie, Skoltech Ph.D. student Kirill Minchenkov, becommentarieerd. "In feite hebben we zowel de tapes als de vellen geprobeerd met een gelijk aandeel versterkende vezels, en de laatste leverden composieten op die aanzienlijk betere mechanische eigenschappen vertoonden. Ze vertoonden namelijk hogere druk-, trek- en buigsterkten."

Dit is de eerste keer dat deze zogenaamde voorgeconsolideerde platen in pultrusie zijn gebruikt om platte laminaten te produceren.

De onderzoekers schrijven de betere eigenschappen van hun composieten toe aan het feit dat platen dunner zijn dan tapes, waardoor ze beter in het polymeer trekken. Dit resulteert in minder poriën en andere defecten in het composiet, waardoor het superieure eigenschappen krijgt.

Omdat de polymeercomponent in het composiet vervaardigd door Skoltech polypropyleen is, is het materiaal niet alleen licht en sterk, maar ook geschikt om te lassen en recyclebaar. "Dit heeft te maken met het onderscheid tussen thermohardende en thermoplastische laminaten", legt Minchenkov uit. "In het eerste geval hardt het polymeerbestanddeel voor eens en voor altijd uit, dus je kunt het niet opnieuw opwarmen om twee delen aan elkaar te lassen of het product te recyclen. Polypropyleen is het materiaal waarvan veel van de voedselverpakkingen die je in een supermarkt ziet, is gemaakt. Als je probeer het in brand te steken, het wordt zacht, smelt en vloeit, zodat je de vorm van het materiaal kunt veranderen en plastic van vezels kunt verwijderen. Dit is vergelijkbaar met wat er gebeurt bij lassen en recycling."

Naarmate thermoplastische gepultrudeerde platte laminaten beter worden in termen van hun kenmerken en beter uitvoerbaar zijn, zullen ze steeds beter in staat zijn om te concurreren met industriële metalen, zoals staal en aluminium, als materialen voor civiele constructie, scheepsbouw en meer. + Verder verkennen

Nieuwe methode om composieten te maken met 'vormgeheugen'