과학에 대해 이야기합시다 : 항공기 용 강화 복합재의 구조에 대한 시각화 방법
“과학에 대한 이야기”섹션에서는 나노 섬유를 사용한 강화 복합 재료 (복합재)의 시각화 방법의 개선에 대해 논의하고,이를 통해 고유 한 특성을 가진 물질을 얻고 추적 할 수 있습니다. 특히, 탄소 섬유 (CFRP)를 사용하여 폴리머를 강화하는 것에 대해 이야기하고 있는데,이를 위해서는 기본 재료 내부의 섬유 방향을 모니터링하는 것이 매우 중요합니다.
다양한 섬유로 강화 된 폴리머는 오늘날 자동차 및 항공기 산업에서 활발히 사용되고 있습니다.
따라서 많은 제조업체들이 비행기의 글라이더 (날개)를 "폴리머 섬유"생산 분야로 이전하려고합니다. 결과적으로, 이러한 재료는 항공기 (무인 항공기)의 총 질량을 감소시키면서, 과도 행 중의 축 방향 응력을 포함하여 기계적 응력에 대한 저항을 증가시킵니다.
그러나 섬유의 위치를 관찰하여 재료의 기계적 및 광학적 특성에 영향을 미쳐 과학자들이 문제를 겪었습니다. 일반적으로 이러한 목적을 위해 강력한 X-ray 소스가 사용되었습니다. 그러나 이러한 종류의 방사선은 궁극적으로 폴리머에 내장 된 나노 섬유에 영향을 주어 그 성질을 변화시킬 수 있습니다. 이러한 영향을 방지하기 위해 프로세스를보다 간단하게 시각화 할 수 있어야했습니다. 한 가지 옵션은 기존의 엑스레이 튜브를 사용하는 것입니다.
스위스 연구소 인 Paul Scherrer (취리히)의 과학자 들이이 성공했습니다. 연구원들은 SAXS (small-angle X-ray scattering) 방법을 폴리머 내부의 섬유 구조와 위치에 대한 데이터를 "읽을 수있는"매개 변수로 개선했습니다. 이것은 이미 언급 된 바와 같이, 특별한 힘을 사용하지 않고 종래의 X- 선 기계를 사용하여 섬유의 배향을위한 재료의 샘플을 검사 할 수있는 경로에 대한 중요한 단계이다.
그러나 왜 첫 번째 단계입니까?
사실, 기존 SAXS 방법은 실시간 연구를 위해 매우 느립니다. 따라서 단 몇 시간 만에 항공기의 미래 폴리머 윙을 위해 센티미터 샘플의 샘플을 스캔 할 수 있습니다. 작업이 더 빨리 수행되면, "화상"의 해상도가 너무 낮아서 그 안에 섬유의 배향을 조사하는 것이 불가능 해 지거나 매우 어려워 질 것이다.
업데이트 된 방법을 구현하기 위해 스위스 전문가는 샘플 뒤에 소위 x-ray 렌즈 세트를 사용합니다. 결과적으로 컴퓨터가 샘플의 내부 구조를 시각적으로 해석하여 산란 다이어그램을 작성할 수 있습니다. 또한이 상황에서는 하나의 x- 레이이면 충분합니다. 업데이트 된 방법을 사용하면 대략 25 초 동안 초당 11 프레임의 주파수로 비교적 높은 해상도의 x-ray 투영을 얻을 수 있습니다.
과학자들은이 방법이 강화 폴리머에서 동일한 탄소 섬유의 방향을 추적 할뿐만 아니라이 방향을 프로그래밍 한 다음 최종 버전의 재료에 정밀하게 고정 될 것이라고 믿고 있습니다. 따라서 샘플의 기계적, 광학적, 온도 및 기타 특성은이 프로그램의 실행을 완전히 시각적으로 제어하여 프로그래밍 방식으로 설정할 수 있습니다. 결과적으로 예를 들어 항공기 글라이더의 매개 변수가 기술 작업과 최종적으로 조립되고 필요한 모든 테스트를 통과하기 전에 해당 매개 변수를 준수하는지에 대한 질문에 대답 할 수 있습니다. 항공기 설계자를위한 귀중한 도움.
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