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ACS applied materials & interfaces2024May15Vol.16issue(19)

ナノポーラス材料を使用してオートクレーブなしでオートクレーブグレードの熱硬質炭素繊維強化ポリマー航空宇宙材料を製造する

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文献タイプ:
  • Journal Article
概要
Abstract

オートクレーブグレードの炭素繊維強化プラスチック(CFRP)プリプレグを使用した複合ラミネートは、オートクレーブからの圧力の代わりに毛細血管圧を生成するポリマーナノポーラスネットワーク(NPN)インテリアを使用して製造されました。ポリマーナノファイバーNPNフィルムは、インターロミナー領域に統合されており、真空バッグのみ(VBO)硬化プロセスでボイドを排除することが示されています。インターロミナー領域と性能に対するNPNの厚さの効果の予備調査の後、スケーリングされた製造デモ用に8μmの厚さポリマーNPNが選択されました。ポリマーNPNを、カーボンナノチューブ(CNT)加熱ツールの「オーバーアウト」(OOO)電気加熱と組み合わせると、0.6×0.6 Mのボイドフリープレートが正常に製造されています。OOO Cureは、加速された治療サイクルを可能にし、製造元が推奨する治療サイクル(MRCC)と比較して、治療時間を35%短縮します。X線マイクロ計算型断層撮影(μ-CT)は、ラミネートが無効であり、オートクレーブ硬化標本と同一の品質であることを明らかにしています。張力、圧縮、オープンホール圧縮(OHC)、張力ベアリング(ボルトベアリング)、衝撃後の圧縮を含む一連の機械的テストは、加速されたNPN硬化複合材料が広く同等であり、特性が改善された場合、、オートクレーブ硬化部品(たとえば、OHC強度が5%増加しました。資本コストの削減、エネルギー消費、およびスループットの増加により、容易なポリマーNPN対応のアウトオオトクレーブ(OOA)製造方法は、従来のオートクレーブ製造の実用的で魅力的な代替手段であることが示されています。

オートクレーブグレードの炭素繊維強化プラスチック(CFRP)プリプレグを使用した複合ラミネートは、オートクレーブからの圧力の代わりに毛細血管圧を生成するポリマーナノポーラスネットワーク(NPN)インテリアを使用して製造されました。ポリマーナノファイバーNPNフィルムは、インターロミナー領域に統合されており、真空バッグのみ(VBO)硬化プロセスでボイドを排除することが示されています。インターロミナー領域と性能に対するNPNの厚さの効果の予備調査の後、スケーリングされた製造デモ用に8μmの厚さポリマーNPNが選択されました。ポリマーNPNを、カーボンナノチューブ(CNT)加熱ツールの「オーバーアウト」(OOO)電気加熱と組み合わせると、0.6×0.6 Mのボイドフリープレートが正常に製造されています。OOO Cureは、加速された治療サイクルを可能にし、製造元が推奨する治療サイクル(MRCC)と比較して、治療時間を35%短縮します。X線マイクロ計算型断層撮影(μ-CT)は、ラミネートが無効であり、オートクレーブ硬化標本と同一の品質であることを明らかにしています。張力、圧縮、オープンホール圧縮(OHC)、張力ベアリング(ボルトベアリング)、衝撃後の圧縮を含む一連の機械的テストは、加速されたNPN硬化複合材料が広く同等であり、特性が改善された場合、、オートクレーブ硬化部品(たとえば、OHC強度が5%増加しました。資本コストの削減、エネルギー消費、およびスループットの増加により、容易なポリマーNPN対応のアウトオオトクレーブ(OOA)製造方法は、従来のオートクレーブ製造の実用的で魅力的な代替手段であることが示されています。

Composite laminates utilizing autoclave-grade carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) prepreg were manufactured using a polymer nanoporous network (NPN) interlayer that generates capillary pressure in lieu of pressure from an autoclave. The polymer nanofiber NPN film is integrated into the interlaminar region and is shown to eliminate voids in a vacuum-bag-only (VBO) curing process. After a preliminary investigation of the effect of NPN thickness on the interlaminar region and performance, an 8 μm thick polymer NPN was selected for a scaled manufacturing demonstration. Combining the polymer NPN with "out-of-oven" (OoO) electrothermal heating of a carbon nanotube (CNT)-heated tool, a 0.6 × 0.6 m void-free plate is successfully manufactured. OoO cure enables an accelerated cure cycle, which reduces the cure time by 35% compared to the manufacturer-recommended cure cycle (MRCC). X-ray microcomputed tomography (μ-CT) reveals that the laminates are void-free and of identical quality to autoclave-cured specimens. An array of mechanical tests including tension, compression, open-hole compression (OHC), tension-bearing (bolt-bearing), and compression after impact, reveal that the accelerated NPN-cured composites were broadly equivalent, with some instances of improved properties, relative to the autoclave-cured parts, e.g., OHC strength increased by 5%. With reduced capital costs, energy consumption, and increased throughput, the facile polymer NPN-enabled out-of-autoclave (OoA) fabrication method is shown to be a practical and attractive alternative to conventional autoclave fabrication.

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