I materiali chiamati compositi di tessuto tessuto triassialmente (TWFC) hanno fibre intrecciate insieme in tre direzioni, comunemente con un angolo di 60 gradi l'una rispetto all'altra. Sono sempre più utilizzati in molte applicazioni, ma la loro risposta al riscaldamento e al raffreddamento non è stata ben studiata.
Lo scienziato dei materiali Ahmad Kueh dell'Università Malesia Sarawak (UNIMAS) ha ora condotto un esame dettagliato di questa significativa lacuna di conoscenze. I suoi risultati sono pubblicati ad accesso libero sulla rivista Heliyon .
La nuova comprensione sperimentale e teorica del movimento di torsione durante il riscaldamento aiuterà a prevedere l'integrità strutturale e le prestazioni del materiale in condizioni diverse e mutevoli. "Questi risultati innovativi hanno implicazioni significative per un'ampia gamma di applicazioni, in particolare nella progettazione di materiali resistenti al calore essenziali per il settore aerospaziale", afferma Kueh.
Se tessuti utilizzando fibre di carbonio, quindi integrati con resine, i TWFC possono combinare i vantaggi di peso ridotto, lavorabilità, robustezza e resistenza alla corrosione. Alcuni TWFC sono già utilizzati in applicazioni che vanno dalla fusoliera degli aerei, ai componenti di ali e motori, fino alle attrezzature sportive, tra cui racchette da tennis, aste di mazze da golf e telai di biciclette.
Basandosi su lavori precedenti già pubblicati con i collaboratori, Kueh ha condotto un esame dettagliato, combinato con simulazioni al computer, di singoli fogli di un materiale disponibile in commercio fornito dalla società Sakase Adtech. Questo incorpora fibre di carbonio prodotte da Toray Industries, Inc. in Giappone.
I fogli sono a trama aperta, il che significa che le fibre intrecciate sono separate da spazi esagonali stabili e regolarmente distanziati. Per realizzare una struttura composita monostrato, sono stati combinati e polimerizzati con una resina polimerica liquefatta a caldo che penetrava attraverso le fibre e poi si solidificava durante il raffreddamento.
Sottoposti a ripetuti cicli di riscaldamento nell'intervallo da 20°C a 100°C, la ricerca ha potuto analizzare un movimento di torsione provocato dalle variazioni di temperatura. La quantificazione dettagliata delle deformazioni osservate sperimentalmente era in buon accordo con quelle previste dalla simulazione al computer.
"La nuova comprensione sbloccherà il potenziale per migliorare l'efficacia dei TWFC in un'ampia gamma di settori", afferma Kueh.
Insieme ai colleghi, ora intende studiare la dinamica termica di molti altri TWFC, inclusi diversi modelli di trama, strutture a più strati e materiali ibridi che incorporano altri tipi di compositi. Questa futura esplorazione includerà la collaborazione con partner del settore per intraprendere i test pratici necessari per ottenere informazioni rilevanti per gli usi nel mondo reale.
Oltre alle applicazioni aerospaziali, Kueh cita molte possibilità, tra cui cemento armato, attrezzature sportive, giubbotti antiproiettile e tessuti resistenti al calore utilizzati dai vigili del fuoco.
"Le nostre scoperte aprono la strada a un futuro in cui la combinazione di peso ridotto e resistenza trasformerà numerosi prodotti di uso quotidiano, rendendoli più efficienti, convenienti e resistenti", conclude.
Ulteriori informazioni: A.B.H. Kueh, Risposte indotte termicamente di compositi di tessuti intrecciati triassialmente, Heliyon (2023). DOI:10.1016/j.heliyon.2023.e17631
Informazioni sul giornale: Heliyon
Fornito dall'Università Malesia Sarawak
