新方法舍弃大型设备,利用纳米碳管薄膜制造航空用坚固复合材料

麻省理工学院科学家找到一种更简单的方法,无需庞大设备也能制造航空用复合材料,相同技术也能生产风力发动机叶片。

现代飞机的机身、机翼等结构并非一体成型,而是先由多片复合材料堆栈而成,然后送进两、三层楼高的高温“烤箱”以及高压灭菌釜(Autoclave)中,融合材料层以形成有弹性的气动外壳。然而最近,麻省理工学院科学家Brian Wardle团队开发出一种新方法,无需庞大的加压基础设备也能生产航天用复合材料、风力发动机叶片,有助于加速制程。

首先,研究人员将材料层包在纳米碳管(Carbon Nanotube,CNT)超薄膜中,接着向薄膜施加电流,纳米碳管就像电热毯一样迅速产生热量,从而使各层材料固化并融合在一起。利用这种OoO(out-of-oven)技术,该团队仅耗用1%能量就生产出与传统飞机制造流程一样坚固的复合材料。

但当不同层材料叠合时,中间一定或多或少会有空隙间杂空气,这是复合材料的最大弱点,因此传统制程需要再用高压灭菌釜将空隙推到边缘、挤出空气。

为此,团队又开发出OoA(out-of-autoclave)技术,无需灭菌釜这种大型设备也能制造高性能复合材料,只要将纳米碳管薄膜夹在两种材料层之间,随着材料加热软化,纳米碳管薄膜的几何形状与表面能就会将材料吸过来,如此便不会留下空隙。

(Source:麻省理工学院)

不过在实验中,团队的样品仅几厘米宽,用来证明纳米碳管薄膜可协助材料加压与防止形成空隙;为了让技术可用于制造更大型的机翼、机身,研究人员正在寻找能大规模生产纳米碳管和多孔膜的方法。

新论文发布在《Advanced Materials Interfaces》期刊。

(首图来源:pixabay)

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