Materialen die triaxiaal geweven stofcomposieten (TWFC's) worden genoemd, hebben vezels die in drie richtingen zijn geweven, gewoonlijk in een hoek van 60 graden ten opzichte van elkaar. Ze worden steeds vaker in veel toepassingen gebruikt, maar hun reactie op verwarming en koeling is nog niet goed bestudeerd.

Materiaalwetenschapper Ahmad Kueh van de Universiti Malaysia Sarawak (UNIMAS) heeft nu een gedetailleerd onderzoek uitgevoerd naar deze aanzienlijke kenniskloof. Zijn resultaten worden open access gepubliceerd in het tijdschrift Heliyon .

Het nieuwe experimentele en theoretische begrip van een draaiende beweging bij verwarming zal de structurele integriteit en prestaties van het materiaal onder verschillende en veranderlijke omstandigheden helpen voorspellen. "Deze innovatieve bevindingen hebben aanzienlijke gevolgen voor een breed scala aan toepassingen, vooral bij het ontwerp van hittebestendige materialen die essentieel zijn voor de lucht- en ruimtevaartsector", zegt Kueh.

Wanneer ze worden geweven met koolstofvezels en vervolgens worden geïntegreerd met harsen, kunnen TWFC's de voordelen van een laag gewicht, verwerkbaarheid, sterkte en weerstand tegen corrosie combineren. Sommige TWFC's worden al gebruikt in toepassingen variërend van vliegtuigromp en vleugel- en motoronderdelen tot sportuitrusting, waaronder tennisrackets, golfclubschachten en fietsframes.

Voortbouwend op eerder werk dat al met medewerkers werd gepubliceerd, voerde Kueh een gedetailleerd onderzoek uit, gecombineerd met computersimulaties, van losse vellen van een in de handel verkrijgbaar materiaal geleverd door het bedrijf Sakase Adtech. Hierin zijn koolstofvezels verwerkt die zijn vervaardigd door Toray Industries, Inc. in Japan.

De vellen zijn open geweven, wat betekent dat de verweven vezels gescheiden zijn door op regelmatige afstanden geplaatste en stabiele zeshoekige openingen. Om een ​​enkellaagse composietstructuur te maken, werden ze gecombineerd en uitgehard met een hete, vloeibare polymeerhars die door de vezels trok en vervolgens stolde bij afkoeling.

Wanneer het onderzoek werd onderworpen aan herhaalde verwarmingscycli in het bereik van 20°C tot 100°C, kon het onderzoek een draaiende beweging analyseren die werd veroorzaakt door temperatuurveranderingen. Gedetailleerde kwantificering van de experimenteel waargenomen vervormingen kwam goed overeen met die voorspeld door computersimulatie.

"Het nieuwe inzicht zal het potentieel ontsluiten om de effectiviteit van TWFC's in een breed scala van industrieën te verbeteren", zegt Kueh.

Samen met collega's is hij nu van plan de thermische dynamiek van veel andere TWFC's te onderzoeken, waaronder verschillende weefpatronen, meerlaagse structuren en hybride materialen waarin andere soorten composieten zijn verwerkt. Deze toekomstige verkenning omvat samenwerking met industriële partners om de praktische tests uit te voeren die nodig zijn om inzichten te verkrijgen die relevant zijn voor toepassingen in de echte wereld.

Naast lucht- en ruimtevaarttoepassingen noemt Kueh vele mogelijkheden, waaronder gewapend beton, sportuitrusting, kogelvrije vesten en sterk hittebestendig textiel voor gebruik door brandweerlieden.

"Onze ontdekkingen maken de weg vrij voor een toekomst waarin de combinatie van een laag gewicht en sterkte talloze alledaagse producten transformeert, waardoor ze efficiënter, kosteneffectiever en veerkrachtiger worden", besluit hij.

Meer informatie: A.B.H. Kueh, Thermisch geïnduceerde reacties van triaxiaal geweven stofcomposieten, Heliyon (2023). DOI:10.1016/j.heliyon.2023.e17631

Journaalinformatie: Heliyon

Aangeboden door Universiti Malaysia Sarawak