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May 28, 2023

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Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 21426 (2022) Citer cet article 1856 Accès 3 Citations 1 Détails d'Altmetric Metrics Les tapis nanofibreux fournissent une délamination substantielle gênant

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 21426 (2022) Citer cet article

1856 Accès

3 citations

1 Altmétrique

Détails des métriques

Les tapis nanofibreux constituent un obstacle important au délaminage des stratifiés composites, en particulier si le polymère (comme les caoutchoucs) peut directement durcir la résine composite. Ici, les nanofibres de nylon 66 bien connues ont été imprégnées de caoutchouc nitrile butadiène (NBR) pour produire des membranes en caoutchouc/thermoplastique destinées à empêcher le délaminage des polymères époxy renforcés de fibres de carbone (CFRP). Les tapis de départ en polyamide ont été électrofilés à l'aide de deux systèmes de solvants différents, et leur effet sur les propriétés thermiques et mécaniques du tapis a été étudié, ainsi que sur la résistance au délaminage du stratifié Mode I via des tests à double poutre en porte-à-faux (DCB). Les tapis en nylon 66 uni électrofilés à partir d'acide formique/chloroforme fonctionnent mieux que ceux obtenus à partir d'un système de solvant contenant de l'acide trifluoroacétique, affichant respectivement jusqu'à + 64 % contre + 53 % en ténacité à la rupture interlaminaire (GI). L'effet du revêtement NBR profite aux deux types de nanofibres, augmentant considérablement l'IG. Les meilleurs résultats sont obtenus en entrelaçant des tapis d'épaisseur moyenne et légers (20 µm, 9 à 10 g/m2) avec 70 à 80 % en poids de caoutchouc chargé, atteignant jusqu'à + 180 % d'IG. Les travaux démontrent la capacité du NBR à améliorer la prévention du délaminage des non-tissés polyamide courants, ouvrant la voie à l'utilisation de nanofibres de nylon 66 enduites de NBR comme intercalaires efficaces pour l'amélioration de l'IG et l'amélioration globale de la sécurité des composites.

Les matériaux composites représentent le meilleur choix pour obtenir des structures aux propriétés mécaniques exceptionnelles. En particulier, les stratifiés en polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP) remplacent progressivement, lorsque cela est possible, les matériaux métalliques pour bénéficier d'une légèreté améliorée. Malgré de nombreux avantages, tels qu'un module spécifique et une résistance élevés, une résistance à la corrosion, une économie de carburant et une facilité de production, les stratifiés composites souffrent de certaines faiblesses importantes. Le délaminage est sans aucun doute l’inconvénient le plus grave affectant ces matériaux, conduisant à une défaillance complète des composants avec des conséquences potentiellement catastrophiques. La réduction du risque de délaminage est cruciale pour permettre de nouvelles applications de stratifiés composites dans des domaines actuellement exclus en raison de problèmes de fiabilité et de sécurité. De plus, la résistance améliorée au délaminage augmente la durabilité globale du composite en augmentant potentiellement la durée de vie des composants. Tout stratifié est susceptible de se délaminer en raison de sa structure d'empilement anisotrope intrinsèque de type 2D, qui est responsable de la réduction des performances mécaniques entre les lames. Même si plusieurs stratégies peuvent être mises en œuvre pour surveiller la santé d'un composant composite, comme l'exploitation de fibres de Bragg ou de matériaux piézoélectriques (même nanostructurés)1,2,3,4, ces systèmes sont coûteux et, par conséquent, peu utilisés dans les applications courantes. .

De nombreuses façons simples et économiques d'éviter le délaminage impliquent une modification de la matrice et/ou de la région interlaminaire pour améliorer la ténacité. Puisque les propriétés de la matrice régissent le comportement interlaminaire, sa modification peut fortement affecter les performances finales du composite ; cela se produit souvent avec le durcissement massif de la matrice obtenu en ajoutant des durcisseurs, comme des caoutchoucs ou des polymères thermoplastiques appropriés. Concernant la modification avec du caoutchouc, il peut s'agir d'un caoutchouc « liquide » non réticulé ou de particules caoutchouteuses réticulées5,6,7,8,9. Bien que ce type de modification soit simple à réaliser, il implique une formulation de résine spécifique. De plus, le changement intéresse la masse de la résine et, par conséquent, l'ensemble du composant, conduisant généralement à une diminution des propriétés mécaniques, thermiques et thermomécaniques, en plus d'une augmentation significative du poids.

Les modifications localisées sont en revanche plus intelligentes, permettant une intervention ciblée uniquement dans les régions les plus critiques, comme les zones interlaminaires, où se produisent des concentrations de contraintes10. Les avantages potentiels sont nombreux : maintien ou diminution limitée – et confinée – des propriétés thermiques et mécaniques globales du composant, faible augmentation de poids et de dimension. De plus, ce type de modification peut être pratiquement appliqué à n'importe quel préimprégné disponible dans le commerce puisque la résine entière n'est pas affectée. L'intégration de couches (films) viscoélastiques en vrac entre les strates11,12,13, qui représente toujours une solution localisée, économique et simple, affecte négativement la rigidité, la résistance, le poids et la taille du stratifié14. Des solutions moins impactantes ont été pratiquées depuis la généralisation des nano-renforts. En effet, ils peuvent être utilisés pour obtenir les effets souhaités en ajoutant de faibles quantités15,16,17, bénéficiant ainsi de changements négligeables de taille et de poids du composite. L'ajout de nanoparticules18,19 et de nanotubes de carbone (CNT)20,21,22,23 s'est avéré améliorer les performances du composite. Cependant, dans certains cas, ils sont coûteux et difficiles à gérer.

 200%, lead to + 30–50% in GI,C and + 110–150% in GI,R. Probably, the presence of a high rubber percentage (but not very high at absolute values) can compensate for the poor effectiveness of the thermoplastic-only mat, which is not thick enough to prevent crack propagation. On the contrary, when dealing with medium and high thickness membranes, even an NBR loading percentage not exceptionally high can generate lower enhancements, or even GI performance worse than the unmodified CFRP, as NyAcF mats with 20 and 40 µm thickness. However, it is neither possible to assume that low total mat grammages, i.e., considering the grammage deriving from both Nylon 66 nanofibers and the NBR coating, always give the best results (Fig. 6B)./p>