Material som kallas triaxiellt vävda tygkompositer (TWFC) har fibrer vävda samman i tre riktningar, vanligtvis i en 60-graders vinkel mot varandra. De används i allt större utsträckning i många applikationer men deras reaktion på uppvärmning och kylning har inte studerats väl.
Materialforskaren Ahmad Kueh vid Universiti Malaysia Sarawak (UNIMAS) har nu genomfört en detaljerad undersökning av denna betydande kunskapslucka. Hans resultat publiceras med öppen tillgång i tidskriften Heliyon .
Den nya experimentella och teoretiska förståelsen av en vridningsrörelse vid uppvärmning kommer att hjälpa till att förutsäga materialets strukturella integritet och prestanda under olika och föränderliga förhållanden. "Dessa innovativa rön har betydande implikationer för ett brett spektrum av tillämpningar, särskilt i utformningen av värmebeständiga material som är viktiga för flygsektorn", säger Kueh.
När de vävs med kolfibrer och sedan integreras med hartser, kan TWFC kombinera fördelarna med låg vikt, bearbetbarhet, styrka och motståndskraft mot korrosion. Vissa TWFC används redan i applikationer som sträcker sig från flygplanskroppar och ving- och motorkomponenter till sportutrustning, inklusive tennisracketar, golfklubbaxlar och cykelramar.
Med utgångspunkt i tidigare arbete som redan publicerats med samarbetspartners genomförde Kueh en detaljerad undersökning, kombinerad med datorsimuleringar, av enskilda ark av ett kommersiellt tillgängligt material från Sakase Adtech-företaget. Detta innehåller kolfibrer tillverkade av Toray Industries, Inc. i Japan.
Arken är öppenvävda, vilket innebär att de sammanvävda fibrerna är åtskilda av regelbundet åtskilda och stabila sexkantiga mellanrum. För att göra en enskiktskompositstruktur kombinerades de och härdades med ett varmt flytande polymerharts som blöts igenom fibrerna och sedan stelnade vid kylning.
När den utsattes för upprepade uppvärmningscykler i intervallet från 20°C till 100°C, kunde forskningen analysera en vridningsrörelse orsakad av temperaturförändringar. Detaljerad kvantifiering av de experimentellt observerade deformationerna överensstämde väl med de som förutspåddes av datorsimulering.
"Den nya förståelsen kommer att låsa upp potentialen att förbättra effektiviteten hos TWFC:er inom ett brett spektrum av industrier", säger Kueh.
Tillsammans med kollegor planerar han nu att undersöka den termiska dynamiken hos många andra TWFC, inklusive olika vävmönster, flerskiktsstrukturer och hybridmaterial som innehåller andra typer av kompositer. Denna framtida utforskning kommer att inkludera samarbete med industripartners för att genomföra de praktiska tester som behövs för att få insikter som är relevanta för användning i verkligheten.
Förutom flygtillämpningar nämner Kueh många möjligheter, inklusive armerad betong, sportutrustning, kroppsskydd och starka värmebeständiga textilier för användning av brandmän.
"Våra upptäckter banar väg för en framtid där kombinationen av låg vikt och styrka förvandlar många vardagsprodukter, vilket gör dem mer effektiva, kostnadseffektiva och motståndskraftiga", avslutar han.
Mer information: A.B.H. Kueh, Termiskt inducerade svar av triaxiellt vävda tygkompositer, Heliyon (2023). DOI:10.1016/j.heliyon.2023.e17631
Journalinformation: Heliyon
Tillhandahålls av Universiti Malaysia Sarawak
