SBIR Phase I: Tough polymer composite materials through iLAMB, or interlaminar modifications through master batching

SBIR 第一阶段:通过 iLAMB 或通过母料进行层间改性的坚韧聚合物复合材料

基本信息

  • 批准号:
    1747010
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-01-01 至 2018-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Small Business Innovation Research Phase I Project objective is to overcome weaknesses of current composite materials due to delamination and develop composites with more than 100% improvement in interlaminar toughness. The project aims to accelerate the innovation of epoxy/resin nanoadditives for composite materials in order to solve this problem. Composites are expected to be the fastest growing application segment in the global epoxy resin market, with an estimated compounded annual growth rate of ~6% and an expected market value of $14.5 billion by 2024. The key drivers in the market are the end-use industries which include aerospace, automotive, transportation, and coatings. There is a critical need to make these materials safer and more reliable by increasing their low velocity impact resistance, and to increase the adhesion between laminar layers. The product could have an obtainable market volume of $36 million in the US alone by 2021.The intellectual merit of this project is in the development of new hybrid nanofillers based on Graphene Oxide (GO) and Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS). These nanofillers can be added to epoxy/vinyl ester/polyester matrices through a "Master Batch" process to enhance the interlaminar fracture toughness of commercial composites. This increase in fracture toughness can be more than 100% at extremely low addition levels (~0.2% by weight of the composite) without any changes in current manufacturing processes. Nanofillers such as carbon nanotubes and nanoclays are difficult to add to composite matrices because of their tendency to agglomerate and result in poor dispersion, apart from major changes in current manufacturing practices. Preliminary experiments have demonstrated that it is possible to develop these hybrid nanofillers based on GO and POSS that can be added to composite matrices with excellent dispersion in composite industry standard solvents. The challenges of dispersion are overcome through hybridization and Master Batching. Characterization of the cured Master Batches as well as measurement of physical properties of sample composites will be carried out to optimize the nanofiller content and the processing parameters.
该小型企业创新研究第一阶段项目的目标是克服当前复合材料由于分层而导致的弱点,并开发层间韧性改善超过100%的复合材料。该项目旨在加速用于复合材料的环氧/树脂纳米添加剂的创新,以解决这一问题。复合材料预计将成为全球环氧树脂市场增长最快的应用领域,预计复合年增长率约为6%,预计到2024年市场价值将达到145亿美元。市场的主要驱动力是最终用途行业,包括航空航天,汽车,运输和涂料。迫切需要通过增加这些材料的低速抗冲击性来使它们更安全和更可靠,并增加层状层之间的粘附力。到2021年,该产品仅在美国就可获得3600万美元的市场容量。该项目的智力价值在于开发基于氧化石墨烯(GO)和多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)的新型混合纳米填料。这些纳米填料可以通过“母料”工艺添加到环氧树脂/乙烯基酯/聚酯基质中,以提高商业复合材料的层间断裂韧性。这种断裂韧性的增加在极低的添加水平(复合材料重量的~0.2%)下可以超过100%,而不改变当前的制造工艺。纳米填料如碳纳米管和纳米粘土难以添加到复合材料基质中,因为它们倾向于聚集并导致分散性差,除了当前制造实践中的重大变化之外。初步实验已经证明,有可能开发这些基于GO和POSS的混合纳米填料,其可以添加到复合材料基质中,在复合材料工业标准溶剂中具有优异的分散性。分散的挑战通过混合和主批处理得以克服。固化母料的表征以及样品复合材料的物理性能的测量将进行,以优化纳米填料含量和加工参数。

项目成果

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