Van de Wegen naar de Lucht – ‘Nano Stitching’ Zou een Golf van Volgende Generatie Voertuigen Kunnen Inleiden

A studie gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift ACS Applied Materials and Interfaces introduceert een innovatieve methode om composietmateriaal aan elkaar te binden, genaamd nano-stitching. Dit proces combineert dunne koolstofvezellaminaatlagen om een klittenbandachtige verbinding tussen de lagen te creëren. Het resultaat is een duurzamer en lichter materiaal dat extreme omgevingen kan weerstaan. Hier is wat u moet weten over nano stitching en hoe het de wereld waarin u leeft zou kunnen veranderen.

Wat is Nano Stitching?

Nano stitching is een proces waarbij composietlagen aan elkaar worden gebonden met behulp van in het laboratorium gekweekte verticaal uitgelijnde koolstofbuizen. Deze holle buizen worden gecreëerd met een speciaal chemisch dampafzettingsproces. Deze damp reageert met andere katalysatoren tijdens het bakproces.

De koolstof valt op het oppervlak als een microscopisch bos van nanobuizen. Deze microscopische buizen kunnen resulteren in miljarden bindingen wanneer ze tussen lagen dunne koolstofvezellaminaat worden geplaatst. Deze dunne lagen zijn slechts ongeveer 50 micrometer breed. Deze dikte is ongeveer een derde van een haar ter vergelijking.

Het dunne bos bindt aan zichzelf als klittenband om een uniforme en duurzame verbinding te creëren. Deze extra sterkte kan gevolgen hebben voor meerdere sectoren. Daarom kan elke industrie die composieten gebruikt profiteren van de technologie en deze benutten om structurele integriteit te behouden.

Problemen die Nano Stitching Helpt Oplossen

Er zijn veel problemen die nano stitching kan helpen verlichten. Bijvoorbeeld, composietmaterialen kunnen vaak microscopische scheuren in hun lagen hebben die moeilijk te vinden zijn. Deze scheuren kunnen plotseling uitbreiden en ervoor zorgen dat lagen scheiden of verbrijzelen.

Nano Stitching vervangt de huidige methode van het lijmen van de lagen. Omdat het zoveel uniforme contactpunten heeft, verspreiden scheuren, scheurtjes en barsten zich niet zo gemakkelijk uit als bij een laag uitgeharde lijm. Daarom kan nano stitching een enorme impact hebben op de duurzaamheid en het gewicht van toekomstige composieten.

Delaminatie

Delaminatie is een term die verwijst naar de mogelijkheid dat composietlagen scheiden. Delaminatie is een ernstig probleem wanneer u meerdere materialen via lijmen met elkaar verbindt. Elke laag voegt een iets grotere kans op delaminatie toe in het huidige proces. Nano stitching biedt een veerkrachtigere en duurzamere oplossing voor fabrikanten.

Moeilijk te Inspecteren

Het kan moeilijk zijn om interne schade aan composietmaterialen te detecteren. Elke laag voegt een extra complexiteit toe aan het proces. Bovendien kan een enkel composiet anders reageren dan andere lagen onder verschillende omstandigheden. Wanneer dit gebeurt, kunnen er geen uiterlijke tekenen zijn.

Nanobuizen voegen interlaminaire sterkte toe via miljarden contactpunten. Dit proces kan helpen de noodzaak om deze scheuren te detecteren te verminderen, omdat ze zich niet zouden verspreiden of spectaculair falen. Ze kunnen veilig worden gelokaliseerd en gerepareerd met nano stitching om eventuele reparaties te herstellen.

Structurele Zwaktes

Elke constructie heeft punten die zwakker zijn dan andere. Ingenieurs zien nano stitching als de ideale manier om kritieke punten van hun creaties te versterken. Stel je een nano-gestikt composiet voor dat rond bouten of zwaarbelaste gebieden wordt gebruikt. De lichtgewicht ondersteuning zou op een dag gebouwen veiliger kunnen maken.

Productieprocessen

De huidige manier om composietlagen te binden is inefficiënt. Het elimineren van het gebruik van lijmen en in plaats daarvan deze lagen op moleculair niveau binden is een betere optie die betrouwbare resultaten oplevert. Bovendien is het proces gemakkelijker uit te voeren dan het gebruik van lijmen om lagen te binden.

MIT Engineers

MIT-ingenieurs stonden achter dit veelbelovende project. Het team bestond uit Carolina Furtado, Reed Kopp, Xinchen Ni, Carlos Sarrado, Estelle Kalfon-Cohen en Pedro Camanho. Het werd geleid door professor Aeronautica en Astronautica Brian Wardle. Opmerkelijk is dat Wardle directeur is van Necstlab, dat gespecialiseerd is in composietmaterialen.

Testing

Het onderzoeksrapport gaat in detail in op het testproces en de resultaten. De testfase werd geleid door Carolina Furtado. Furtado is een expert op dit gebied en heeft geholpen geavanceerde modellen te creëren om scheuren te beperken.

De test werd uitgevoerd op een geavanceerd composiet dat slechts 3 millimeter dik was. Indrukwekkend hebben de onderzoekers 60 lagen polymeerschijven nano-gestikt om de scheurbestendigheid te testen.

De eerste test begon met ingenieurs die een scheur creëerden waar de lagen op de rand samenkwamen. Vervolgens maten ze de weerstand en breekpunten. De delaminatietest controleerde de veerkracht van de binding tussen de lagen. Ze ontdekten dat de scheuren zich niet verspreidden en de laag stevig vast bleef.

Potential Applications Nano Stitching Applications

Er zijn veel toepassingsscenario’s waarin nano stitching een onmiddellijke impact kan hebben. Het aantal sectoren en producten dat composietmaterialen gebruikt, blijft groeien. Daarom is er vraag naar lichtere, meer veerkrachtige opties. Hier zijn enkele van de sectoren die nano stitching binnenkort zou kunnen veranderen.

Aerospace

De lucht- en ruimtevaartindustrie heeft veel te winnen bij de verbetering van composieten. Deze materialen zijn een van de belangrijkste manieren geworden waarop fabrikanten gewicht verminderen en duurzaamheid verbeteren. Sommige composieten kunnen radargolven en meer weerkaatsen.

Nano stitching zou fabrikanten in staat stellen hoogwaardige lucht- en ruimtevaartstructuren te creëren. Deze vliegtuigen van de toekomst zullen lichter zijn en op geavanceerde motoren draaien. Ze zullen de sterkste en lichtste materialen benutten om de levensduur van batterijen en de duurzaamheid te verbeteren.

Architecture.

Nano-stitching opent de deur naar betere gebouwen en infrastructuur. Stel je 3D-geprinte huizen voor die het ruige weer kunnen weerstaan. Het gebruik van composietmaterialen bij het bouwen van geavanceerde structuren zoals bruggen kan reizen voor iedereen veiliger maken.

Automotive.

Elektrische auto’s zijn er, maar een van hun grootste nadelen is de batterijduur. Het verminderen van hun gewicht zou de batterijduur verder kunnen verlengen en elektrische voertuigen aantrekkelijker maken voor meer klanten. Al gebruiken bedrijven zoals TESLA composieten om de duurzaamheid te verbeteren en productieprocessen te optimaliseren.

Energy Production and Storage

Nano Stitching zal de energieopwekking efficiënter maken. Stel je lichtgewicht windmolens of zonnepanelen voor die meer schade kunnen weerstaan voordat ze falen. Ze zouden gemakkelijker te installeren zijn en meer belasting aankunnen dan de huidige modellen, wat zou resulteren in betere efficiëntie en beschikbaarheid.

Marine Engineering

Onderwaterverkenning is een andere sector die al lange tijd met composieten werkt om de meest efficiënte onderwaterontwerpen te creëren. Nano stitching kan mensen helpen dieper te gaan dan ooit tevoren door ingenieurs in staat te stellen onderwaterstructuren te maken die de enorme druk op oceaandiepten kunnen weerstaan.

Robotics

De robotica-industrie is voortdurend op zoek naar de lichtste, meest duurzame materialen. De integratie van nano-gestikte composieten kan robots lichter maken en hun bereik vergroten. Het kan ook geavanceerde robotica draagbaarder maken en beschikbaar stellen voor de wereldmarkt.

Het gebied van biohybride robots zou een impuls kunnen krijgen van deze lichtgewicht composieten. Deze robots combineren organische materialen met lichtgewicht en vaak microscopische componenten. Nano stitching zou een duurzame manier bieden om kleine robotonderdelen te verbinden.

Companies that Could Benefit from Nano Stitching

Veel bedrijven zouden hun omzet en productverbeteringen kunnen verhogen dankzij nano stitching. Deze bedrijven bestrijken sectoren van gezondheidszorg tot militaire toepassingen. Hier zijn enkele bedrijven die een onmiddellijke impuls zouden kunnen krijgen als ze nano stitching in hun bedrijfsmodellen integreren.

Owens Corning

(OC )

Owens Corning is de grootste fabrikant van glasvezelcomposieten ter wereld. Dit in Ohio gevestigde bedrijf werd opgericht in 1935 en ging in 1955 naar de beurs. In 1985 breidde het bedrijf zijn marktpositie uit na de overname van Aerospace and Strategic Metals Group. Tegenwoordig heeft Owens Corning meer dan 30 composietfaciliteiten.

Owens Corning zou nano stitching kunnen gebruiken om hun intrede in de lucht- en ruimtevaartmarkt te versterken. Ze zouden veerkrachtigere componenten kunnen leveren en hun positie verbeteren. Bovendien zouden ze verder onderzoek kunnen doen naar welke materialen nano stitching stevig vasthoudt.

Teijin Limited

Teijin Limited is een in Japan gevestigd bedrijf dat zich specialiseert in de productie van composieten, harsen, kunststoffen en vezels. Het bedrijf bestaat sinds 1918 en blijft een pionier op de composietmarkt. Momenteel heeft het bedrijf meer dan 20.000 werknemers in 20 landen.

Nano Stitching is logisch voor Teijin omdat het veel van hun producten zou verbeteren. Het bedrijf zou deze vorm van composietbinding kunnen integreren in meerdere producten die ze momenteel aanbieden, waardoor het gewicht wordt verlaagd en de structurele integriteit wordt verbeterd.

Hexcel

(HXL )

Hexcel wordt erkend als een van de toonaangevende fabrikanten van composietmaterialen. Het belangrijkste product van het bedrijf is honingraatfabricage, dat voornamelijk wordt gebruikt in lucht- en ruimtevaarttoepassingen. De honingraatstructuur biedt een verminderd gewicht met optimale duurzaamheid.

Hexcel zou gemakkelijk kunnen profiteren van de integratie van nano-stitching in haar verschillende sectoren. De fabrikant biedt al koolstofvezelversterking en harsystemen aan. Nano-gestikte producten zouden hen een concurrentievoordeel geven.

Nano Stitching Could Power the Next Moon Mission

Het gebruik van nano stitching om huidige en toekomstige composieten te verbeteren, kan ingenieurs helpen het volgende generatie ruimtevaartuig te ontwikkelen dat nodig is om andere werelden te bereiken. Voor nu zijn er tal van toepassingen op aarde die nano stitching een interessante ontwikkeling maken.

U kunt hier meer leren over coole productieprojecten.