Anzeige
A new research discovery at Rensselaer Polytechnic Institute could lead to tougher, more durable composite frames for aircraft, watercraft, and automobiles.
Epoxy composites are increasingly being incorporated into the design of new jets, planes, and other vehicles. Composite material frames are extremely lightweight, which lowers the overall weight of the vehicle and boosts fuel efficiency. The downside is that epoxy composites can be brittle, which is detrimental to its structural integrity.
Professor Nikhil Koratkar, of Rensselaer’s Department of Mechanical, Aerospace, and Nuclear Engineering, has demonstrated that incorporating chemically treated carbon nanotubes into an epoxy composite can significantly improve the overall toughness, fatigue resistance, and durability of a composite frame.
When subjected to repetitive stress, a composite frame infused with treated nanotubes exhibited a five-fold reduction in crack growth rate as compared to a frame infused with untreated nanotubes, and a 20-fold reduction when compared to a composite frame made without nanotubes.
This newfound toughness and crack resistance is due to the treated nanotubes, which enhance the molecular mobility of the epoxy at the interface where the two materials touch. When stressed, this enhanced mobility enables the epoxy to craze – or result in the formation of a network of pillar-like fibers that bridge together both sides of the crack and slow its growth.
“This crazing behavior, and the bridging fibers it produces, dramatically slows the growth rate of a crack,” Koratkar said. “In order for the crack to grow, those fibers have to first stretch, deform plastically, and then break. It takes a lot of energy to stretch and break those fibers, energy that would have otherwise gone toward enlarging the crack.”
Results of the study were published last week in the journal Small.
Epoxy composites infused with carbon nanotubes are known to be more resistant to cracks than pure epoxy composites, as the nanotubes stitch, or bridge, the two sides of the crack together. Infusing an epoxy with carbon nanotubes that have been functionalized, or treated, with the chemical group amidoamine, however, results in a completely different bridging phenomenon.
At the interface of the functionalized nanotubes and the epoxy, the epoxy starts to craze, which is a highly unusual behavior for this particular type of composite, Koratkar said. The epoxy deforms, becomes more fluid, and creates connective fibers up to 10 microns in length and with a diameter between 100 nanometers and 1,000 nanometers.
“We didn’t expect this at all. Crazing is common in certain types of thermoplastic polymers, but very unusual in the type of epoxy composite we used,” Koratkar said. “In addition to improved fatigue resistance and toughness, the treated nanotubes also enhanced the stiffness, hardness, and strength of the epoxy composite, which is very important for structural applications.”
Koratkar said the aircraft, boat, and automobile industries are increasingly looking to composites as a building material to make vehicle frames and components lighter. His research group plans to further investigate crazing behavior in epoxy composites, in order to better understand why the chemical treatment of nanotubes initiates crazing.
Co-authors of the paper include Rensselaer Associate Professor Catalin Picu, of the Department of Mechanical, Aerospace, and Nuclear Engineering; Rensselaer doctoral students Wei Zhang and Iti Srivastava; and Yue-Feng Zhu, professor in the Department of Mechanical Engineering at Tsinghua University in China.
Michael Mullaney | Quelle: Newswise Science News
Weitere Informationen: www.rpi.edu
Weitere Berichte zu: AEROSPACE > Aircraft > automobiles > carbon nanotubes > Composites Europe > durability of a composite frame > fatigue resistance > Ferchau Engineering > Fitter Frames > Nanotube > Nuclear > overall toughness > Polytechnic > Structural Integrity of Composites > watercraft
Mit Laserpuls auf das einzelne Molekül
06.02.2012 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik
With single laser pulses on single molecules
06.02.2012 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Siemens hat eine getriebelose Windenergieanlage mit sechs Megawatt (MW) Leistung für den Offshore-Einsatz auf den Markt gebracht.
Windturbinen ohne Getriebe zeichnen sich durch ein robustes Design und ein geringes Gesamtgewicht aus. Diese Kombination senkt Infrastruktur-, Installations- und Wartungskosten und steigert die Energieausbeute und damit die Rentabilität über die gesamte Lebensdauer der Anlage. Die Rotorblätter der SWT-6.0-Windturbine sind mit 75 Meter Länge die größten für 6-MW-Anlagen.
Sie basieren auf ...
Siemens hat den weltweit ersten Leistungsschalter entwickelt, der bei Spannungen von 1,2 Millionen Volt arbeitet.
Solche Ultrahochspannungen erhöhen die Übertragungskapazität von Stromleitungen und bieten so die Möglichkeit, auf relativ wenigen Trassen große Mengen elektrischer Energie zu transportieren.
Leistungsschalter werden in Umspannwerken eingesetzt, um einzelne Stromleitungen zu- oder abzuschalten. Der neue Schalter ist für eine Testinstallation im indischen Bina bestimmt. Indien setzt auf die Ultrahochspannungs-Technik, um seine ...
„großartig“ – dieses Kompliment war gestern öfter von Prominenten aus Sport, Wirtschaft, Politik und Entertainment, zum Thema Lichtkunstobjekte beim „Ball des Sports“ zu hören. Schon am roten Teppich wurde ihr Blick angezogen von zwei symbolträchtigen, magisch leuchtenden „sporttissimo“ - Lichtskulpturen mit dem Titel „EMOTION“. Ein Blickfang, dessen Wirkung sich niemand entziehen konnte.
Aber auch von weitem waren die in wechselnden Farben strahlenden Kunstobjekte, die eine stattliche Höhe von 4,5 m aufweisen, nicht zu übersehen. Dabei beeindrucken sie nicht nur durch Größe und Leuchtkraft, sondern auch durch die sympathische Symbolik. In abstrakter Form und dennoch deutlich erkennbar, setzen die Objekte den Moment der ...
Das 1KITE Projekt (1K Insect Transcriptome Evolution), in dem sich Forscher aus der ganzen Welt in noch nie dagewesener Weise zusammengetan haben, um das Geheimnis des evolutiven Erfolges der Insekten mittels Transkriptomen von 1.000 Insektenarten zu lüften, ist jetzt gestartet. Für die Dauer von drei Jahren werden fünf Millionen Euro vom Bejing Genomics Institute, dem größten nationalen Forschungsinstitut Chinas, zur Verfügung gestellt, um die Transkriptomdaten zu erheben.
1KITE umfasst ein internationales Team von renommierten Experten für molekulare Biologie, Morphologie, Paläontologie, Taxonomie, Embryologie und Bioinformatik. Rund 50 Wissenschaftler aus Australien, China, Deutschland, Japan, Mexiko, Österreich und den USA arbeiten im 1KITE-Projekt.
Aus Deutschland sind beteiligt: die Universität Bonn, das Zoologische Forschungsmuseum Alexander Koenig in Bonn, die Universität Jena ...
Pulsare können durch Materie, die von außen auf sie einströmt, nicht nur beschleunigt, sondern auch verlangsamt werden. Das erklärt einige Rätsel.
Pulsare gehören zu den exotischsten, bekannten Himmelskörpern. Sie besitzen Durchmesser von etwa 20 Kilometern, beinhalten aber in etwa die Masse unserer Sonne. Ein würfelzuckergroßes Stück ihrer ultrakompakten Materie würde auf der Erde mehrere hundert Millionen Tonnen wiegen.
Eine Unterklasse von ihnen, die Millisekundenpulsare, wirbeln zudem bis zu einige hundert Mal ...
Anzeige
Anzeige

CeBIT 2012: Die Maßschneiderei für TV-Stationen und Videoarchive
06.02.2012 | CeBIT 2012
ETF auf hochverzinsliche Anleihen von SPDR auf Xetra gestartet
06.02.2012 | Wirtschaft Finanzen
Stanford engineers weld nanowires with light
06.02.2012 | Materialwissenschaften
Erneuerbare Energien an den Markt bringen
06.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Safer Internet Day: 2011 weniger, aber zielgenauere
06.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Die App Economy: Medientage Special zu Geschäftsmodellen im mobilen Ökosystem
06.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten