制造与波音梦幻客机类似的复合材料所需的能量减少了9个数量级

顶级飞机上使用的高性能聚合物价格昂贵,而且由于其巨大的碳足迹,会消耗地球资源。但一个美国团队现在发现了一种方法,可以制造出与飞机上使用的纤维增强聚合物复合材料类似的材料,而这种材料只需要很小一部分的能量。

正面聚合于1972年在俄罗斯化学物理研究所首次被发现,1991年被独立地重新发现约翰我以及美国南密西西比大学的同事们。理想情况下,单体保持稳定,直到热激活单点聚合。这就触发了一个放热聚合前沿,迅速在材料中扩散,就像撞倒第一张多米诺骨牌一样,可以在运行中推倒其余的多米诺骨牌。通过利用分子的聚合能量来触发进一步的聚合,可以实现显著的能源节约。

各种单体被用于前端聚合,但它们通常是高能分子,如丙烯酸酯。不幸的是,这些物质往往会自发聚合。此外,所得到的聚合物通常缺乏高性能。“我们主要寻找的是高玻璃化转变温度、高弹性模量、高强度和良好的耐化学性,”他说南希·赛托斯他是这项新研究背后伊利诺伊大学香槟分校团队的一员。索托斯指出,波音787的碳纤维环氧树脂机身和机翼需要在一个巨大的高压灭菌器中固化8小时。“你只是在操作一个非常大的烤箱!”索托斯指出。

索托斯和他的同事之前已经证明,当与热激活相结合时催化剂,双环戊二烯可以进行正面开环聚合,以生产交联,高性能热固性聚合物。通过添加烷基亚磷酸酯抑制剂,研究人员将单体的寿命延长到30小时左右。这使得他们可以在聚合前将碳纤维注入单体中。索托斯说:“在热波以一种可控的方式穿过零件之前,你只有一到两秒钟的热输入——我们使用电阻丝。”研究人员估计,这种与787机翼材料性质相似的材料,所需的能量要少9个数量级。他们现在正在优化这种材料,并研究将这种方法推广到其他聚合物。

现就职于路易斯安那州立大学的波伊曼对此印象深刻。他说:“这种开环复分解聚合的应用是相对较新的。”他补充说,它向工业过渡的困难之一是两段聚合过程的发展。“让罐子的寿命超过一天真的是件大事:这意味着你可以准备一种材料,把它注入树脂中并储存起来。我认为人们可以设想将这些材料用于大型复合材料,不仅用于航空航天,还用于风力涡轮机。”