Полипропилен и полиэтилен высокой плотности функционализируют углеродными нанотрубками

Coatings Today
28.02.2021 324

Используя нанотрубки, полипропилен, полиэтилен высокой плотности и 3D-печать, ученые разрабатывают композиционный материал с энергопоглощение лучше, чем у алюминия.

Полипропилен (ПП) и полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) — широко применяемые полимеры; они недорогие, доступные, легкообрабатываемые, пригодные для повторного использования, стойкие к растворителям и обладающие множеством других преимуществ, но, как отмечает группа исследователей во главе с инженерами из Университета Глазго (Глазго, Великобраитания), эти материалы отличаются "неудовлетворительными ударными свойствами" [низкая ударная прочность и сопротивление вдавливанию], которые ученые смогли улучшить благодаря разработке пластинчато-решетчатого ячеистого метаматериала с использованием многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) в полимерной матрице.

Расчетная структура (слева) и напечатанные на 3D-принтере варианты (справа). Матрицы из полипропилена и полиэтилена высокой плотности с заполнителями из углеродных нанотрубок превосходят алюминий по удельному поглощению энергии, что в перспективе позволит использовать их в таких областях, как автомобилестроение. Источник фото: Университет Глазго

Unit cell — Элементарная ячейка, Lattice design — Решетчатая структура, Hybrid plate-lattice design — Гибридная пластинчато-решетчатая структура, Without carbon nanotube — Без углеродных нанотрубок, With carbon nanotube — С углеродными нанотрубками, 3D printed hybrid plate-lattices — Гибридные пластинчато-решетчатые структуры, напечатанные на 3D-принтере

Результат? “Наши гибридные пластинчато-решетчатые структуры обладают исключительной жесткостью и прочностью и демонстрируют превосходные характеристики поглощения энергии в сравнении с аналогичными структурами из алюминия", — говорит руководитель проекта, доктор Шанмугам Кумар, специалист по композиционным материалам и аддитивному производству на инженерном факультете имени Джеймса Уатта.

У этой разработки могут быть большие перспективы. Кумар говорит: “Одной из сфер применения этого нового материала может стать производство автомобилей, поскольку производители всегда стремятся облегчить вес кузова без ущерба для безопасности. Алюминий используется во многих современных конструкциях автомобилей, но структура нашего материала обеспечивает более высокую ударопрочность, что делает его перспективным для таких областей применения в будущем”.

Для создания особых геометрических структур были использованы полимеры. В кубических структурах имеется много свободного пространства между пластинами, что способствует снижению веса. Многостенные углеродные нанотрубки применялись для повышения динамической способности к поглощению энергии полипропилена и полиэтилена высокой плотности.

Для создания таких структур ученые использовали технологию печати методом послойного наплавления и 3D-принтер Creator Pro from Flash Forge (Цзиньхуа, Китай), оснащенный соплом диаметром 0,4 мм.

Компания Borouge Pvt. Ltd. (Мумбаи, Индия) поставляла следующие пластичные материалы: статистический сополимер полипропилена RA140E (PPR), полиэтилен высокой плотности и термопластичные материалы Borcoat ME0433 (ПЭВП). Многостенные углеродные нанотрубки со средним наружным диаметром ~10-12 нм и длиной <30 мкм поставлялись компанией Applied Nanostructured Solutions LLC (Балтимор, штат Мэриленд, США).

Анализируя решетчатую структуру, ученые обнаружили, что материалы PPR / 6 вес.% МУНТ и ПЭВП / 6 вес.% МУНТ демонстрируют удельное энергопоглощение 16,1 и 19,9 Дж/г, соответственно, что не только выше, чем у алюминия, но и сопоставимо с характеристиками нержавеющей стали и титана.

Кроме того, есть и экологические преимущества. Кумар объясняет: “Пригодность используемых пластмасс к переработке также делает наши материалы более привлекательными, поскольку мир стремится к снижению выбросов, и модели экономики замкнутого цикла будут особенно важны для экологической безопасности”.

В то время как 3D-печать все еще имеет свои ограничения с точки зрения производительности, Кумар добавляет: “Производство таких структур в промышленных масштабах уже сейчас становится реально возможным”.

Научная работа “Ударные характеристики пластинчато-решетчатых структур, напечатанных на 3D-принтере” опубликована в журнале Materials & Desig.

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Подводные роботы могут «поразить» военные объекты
Подводные роботы могут «поразить» военные объекты
Стая новых подводных роботов сможет «перебить» военные цели или  даже контролировать морскую флору и фауну.…
Coatings Today
10.04.2018
263
Прибор для измерения цвета, блеска и анализа 3D-топографии поверхности
Прибор для измерения цвета, блеска и анализа 3D-топографии поверхности
Прибор spectro2profiler от компании BYK-Gardner позволяет покрытчикам измерять цвет, блеск и структуру поверхности, анализировать данные…
Coatings Today
29.10.2020
248
Говяжий фарш в вакуумную упаковку
Говяжий фарш в вакуумную упаковку
Sainsbury's будет упаковывать ассортимент говяжьего фарша в вакуумную упаковку, чтобы ежегодно экономить 450 тонн пластика.
04.03.2023
85
Dürr представляет ротационный распылитель с возможностью быстрой смены цветов
Dürr представляет ротационный распылитель с возможностью быстрой смены цветов
Распылитель EcoBell4 отличается новой технологией четырех главных игл, благодаря которой для смены цвета требуется всего…
05.03.2022
472
Мировой рынок композитов достигнет $39.1 млрд. к 2022 году
Мировой рынок композитов достигнет $39.1 млрд. к 2022 году
Ожидается, что к 2022 году мировой рынок композиционных материалов достигнет 39,1 млрд. долларов, а среднегодовой…
Coatings Today
19.09.2017
289
Новая система эпоксидных и ремонтных покрытий для железнодорожной промышленности
Новая система эпоксидных и ремонтных покрытий для железнодорожной промышленности
Компания Indestructible Paints Ltd, британский производитель высокоэффективных защитных покрытий для аэрокосмической и военной промышленности, пользующийся…
Coatings Today
30.09.2021
101
Система волоконно-оптического обнаружения коррозии станет возможной
Система волоконно-оптического обнаружения коррозии станет возможной
Исследователи Национальной Лаборатории энергетических технологий Министерства энергетики США недавно объявили о разработке системы, которая использует…
Coatings Today
22.08.2018
258
Покрытие из наночастиц защищает керамические материалы от термического удара
Покрытие из наночастиц защищает керамические материалы от термического удара
Керамические материалы используются в ядерной, химической и электроэнергетической отраслях из-за их способности выдерживать экстремальные условия…
Coatings Today
05.09.2018
332
ГОД АНАЛИЗА ЧАСТИЦ С ANTON PAAR
ГОД АНАЛИЗА ЧАСТИЦ С ANTON PAAR
Антон Паар – Будущее анализа частиц. Компания  «Аврора»,  как официальный дистрибьютор компании Anton Paar в…
Coatings Today
23.08.2018
317