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Jul 31, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 21426 (2022) Citar este artigo

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Os tapetes nanofibrosos fornecem delaminação substancial, dificultando os laminados compostos, especialmente se o polímero (como borrachas) pode endurecer diretamente a resina composta. Aqui, as conhecidas nanofibras de Nylon 66 foram impregnadas com borracha de nitrilo butadieno (NBR) para produzir membranas de borracha/termoplástica para impedir a delaminação de polímeros reforçados com fibra de carbono epóxi (CFRPs). As mantas de poliamida de partida foram eletrofiadas usando dois sistemas de solventes diferentes, e seu efeito nas propriedades térmicas e mecânicas da manta foi investigado, bem como a resistência à delaminação Modo I do laminado por meio de testes de Viga Dupla Cantilever (DCB). Mantas simples de Nylon 66 eletrofiadas a partir de ácido fórmico/clorofórmio apresentam melhor desempenho do que as obtidas a partir de um sistema solvente contendo ácido trifluoroacético, apresentando até + 64% vs + 53% na tenacidade à fratura interlaminar (GI), respectivamente. O efeito do revestimento NBR beneficia ambos os tipos de nanofibras, aumentando significativamente o IG. Os melhores resultados são obtidos ao intercalar tapetes de espessura média e leves (20 µm, 9–10 g/m2) com 70–80% em peso de borracha carregada, atingindo até + 180% em IG. O trabalho demonstra a capacidade do NBR de melhorar o impedimento da delaminação de não tecidos comuns de poliamida, abrindo caminho para o uso de nanofibras de Nylon 66 revestidas com NBR como intercalações eficazes para aprimoramento de GI e melhoria geral da segurança composta.

Os materiais compósitos representam a melhor escolha para a obtenção de estruturas com excelentes propriedades mecânicas. Em particular, os laminados de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) estão substituindo progressivamente, sempre que possível, materiais metálicos para se beneficiar de maior leveza. Apesar de muitas vantagens, como alto módulo específico e resistência, resistência à corrosão, economia de combustível e facilidade de produção, os laminados compósitos sofrem de algumas fraquezas relevantes. A delaminação é, sem dúvida, a desvantagem mais grave que afeta esses materiais, levando à falha completa do componente com consequências potencialmente catastróficas. A redução do risco de delaminação é crucial para permitir novas aplicações de laminados compostos em campos atualmente impedidos devido a preocupações de confiabilidade e segurança. Além disso, a resistência à delaminação aprimorada aumenta a sustentabilidade geral do compósito, aumentando potencialmente a vida útil do componente. Qualquer laminado é suscetível à delaminação devido à sua estrutura anisotrópica 2D intrínseca, que é responsável pelo desempenho mecânico reduzido entre as lâminas. Embora várias estratégias possam ser implementadas para monitorar a saúde de um componente compósito, como a exploração de fibras de Bragg ou materiais piezoelétricos (mesmo nanoestruturados)1,2,3,4, esses sistemas são caros e, consequentemente, pouco utilizados em aplicações comuns .

Muitas maneiras simples e econômicas de evitar a delaminação envolvem a modificação da matriz e/ou da região interlaminar para melhorar a tenacidade à fratura. Como as propriedades da matriz governam o comportamento interlaminar, sua modificação pode afetar fortemente o desempenho final do compósito; isso geralmente acontece com o endurecimento da matriz em massa obtido pela adição de endurecedores, como borrachas ou polímeros termoplásticos adequados. Quanto à modificação com borracha, pode ser uma borracha "líquida" não reticulada ou partículas de borracha reticuladas5,6,7,8,9. Embora esse tipo de modificação seja simples de conseguir, envolve uma formulação de resina específica. Além disso, a alteração interessa ao bulk da resina e, por sua vez, a todo o componente, geralmente levando a propriedades mecânicas, térmicas e termomecânicas reduzidas, além de um aumento significativo de peso.

Já as modificações localizadas são mais inteligentes, permitindo uma intervenção direcionada apenas nas regiões mais críticas, como as interlaminares, onde ocorrem concentrações de estresse10. Os benefícios potenciais são muitos: retenção ou redução limitada — e confinada — das propriedades térmicas e mecânicas do componente geral, baixo incremento de peso e dimensão. Além disso, esse tipo de modificação pode ser aplicado virtualmente a qualquer pré-impregnado comercial disponível, uma vez que toda a resina não é afetada. A integração de camadas viscoelásticas volumosas (filmes) entre lâminas11,12,13, ainda representando uma solução localizada, econômica e direta, afeta negativamente a rigidez, resistência, peso e tamanho14 do laminado. Soluções menos impactantes têm sido praticadas desde que ocorreu a disseminação dos nano-reforços. De fato, eles podem ser usados ​​para alcançar os efeitos desejados adicionando pequenas quantidades15,16,17, beneficiando-se assim de alterações insignificantes de tamanho e peso do compósito. A adição de nanopartículas18,19 e nanotubos de carbono (CNTs)20,21,22,23 provou aumentar o desempenho do compósito. No entanto, em alguns casos, eles são caros e difíceis de manusear.

 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>