חומר Gradients יכול לחזק מרכיבים פולימריים

DIY Phone Case Life Hacks! 20 Phone DIY Projects & Popsocket Crafts! (יוני 2019).

Anonim

שילוב של חומרים גמישים ונוקשים העניק במבוק עם יחס כוח משקל כי יריביו פלדה. בהדרגה המעבר מחומר רך עד קשה מאפשר דיונון squishy לחתוך את טרף עם מקשים נוקשה, כמו מספריים.

בעזרת מודל חדש שפותח באוניברסיטת נברסקה-לינקולן, שני עקרונות אבולוציוניים אלו יכולים בסופו של דבר לאפשר למהנדסים להכפיל או לשלש את כוחם של רכיבים מבוססי פולימרים.

הברירה הטבעית העדיפה לעתים קרובות שילוב של חומרים גמישים ונוקשים, משום שהם יכולים לבצע ביצועים טובים יותר - התנגדו לכוחות גדולים יותר, התומכים במטענים כבדים יותר - מכפי שהם עושים לבד. הטבות אלה מופיעות במיוחד כאשר החומרים יכולים לתפוס את אותו החלל, כפי שהם עושים ברשתות פולימריות המשתלבות: שתי קבוצות או יותר של רשתות בקנה מידה מולקולרי, המתארגנות זו בזו מבלי להתחבר ממש.

אבל מה שהופך את רוב הרשתות האלה גם פירושו משתנה את יחס קשה ל רך על פני שטח, יצירת שיפוע. בעוד יחס 70-30 עשוי לעבוד הכי טוב במיקום אחד, 50-50 או 30-70 יכול להיות אידיאלי אחר.

כך נברסקה, חוקרים סינים צרפתיים מודל שיכול למפות שיפוע אופטימלי על המבנה תוך חישוב עד כמה שיפוע זה משפר את הביצועים של המבנה.

"בדרך כלל, כאשר אתה מערבב דברים, הם נפרדים, " אמר שותף יוצר המודל Mehrdad Negahban, פרופסור להנדסת מכונות וחומרים ב נברסקה. "אתה יכול לחשוב על זה כמו אי של חומר אחד ואוקיינוס ​​של חומר אחר.

"לאי ולאוקיינוס ​​יש גבול, וזה מסתבר כחלש של חומר, ולכן שני חומרים ייכשלו במהותם

.

שם הם מחוברים. אבל אם אתה מפריע להם, אין לך את הגבולות החלשים האלה ".

הצוות הדגים את המודל שלו על ידי ניתוח חוזק מתיחה - בעיקרו של דבר התנגדות להתנתקות - של צלחת עם חור קטן במרכזו. ראשית החוקרים מדדו את כוחו של צלחת עשה רק אפוקסי, פולימר נוקשה הידועה ביותר בשם דבק. כאשר המודל שלהם אופטימיזציה של שיפוע של אפוקסי interpenetrated עם acrylate, חלש יותר, פולימר גמיש יותר - הם מצאו כי כוח מתיחה של הלוח כמעט שולש. כמו כן, סוגר בצורת L ראה את חוזק מתיחה כפול לאחר המודל זממו שיפוע אפוקסי-אקרילט אופטימלי.

"אנחנו משנים את התערובת, אבל המשקל הכולל הוא בערך אותו דבר", אמר נגהבן. "רק על ידי לשים את הדברים הנכונים במקום הנכון, אנחנו יכולים לקבל את זה פתאום לתפקד הרבה, הרבה יותר טוב - כלומר, זה ביצועים טובים יותר מאשר מרכיב חזק.

"זה יכול ללכת בשני הכיוונים, אתה יכול להשתמש בו גם כדי להפחית את המשקל או להגדיל את יכולת נושאת עומס."

ברמה הבסיסית, המודל של הקבוצה עובד על ידי כיסוי מבנה עם רשת של עד כמה מאות צמתים. לאחר מכן הוא מקצה את היחס בין החומרים הנתונים לכל צומת ברשת, ומבחינת כיצד המדרג המתקבל משפיע על כוחו הכולל של המבנה.

"זה יעשה את זה מיליוני פעמים עד שהוא מוצא את (תמורה) שיכול לשאת את העומס הגבוה ביותר", אמר Negahban.

נכון לעכשיו, אמר Negahban, רשתות interperetrating פולימר קשה לפברק למעשה. הופעתה של הדפסה תלת-ממדית רמזה על גישה פוטנציאלית לבניית רכיבים מהרשתות, אם כי העבודה נשארת לפני המהנדסים יכולים בקלות לשלב פולימרים על המידה המולקולרית.

אבל נגהבן אמר שזה רק עניין של זמן עד טכניקה מתגלה כדי לנצל את מלוא המודל של הוא ועמיתיו הציג.

"אנשים באים עם רעיונות שונים של איך (לשלב) אותם, " הוא אמר. "אני חושב שזה יקרה."

Negahban ועמיתיו מפורטים המודל שלהם בכתב העת חומרים ועיצוב.

menu
menu