Les matériaux utilisés pour l'équipement de protection personnelle d'un soldat peuvent également être assez résistants pour les véhicules, selon une nouvelle étude de l'armée.

Résultats, publié le 10 avril dans le journal Polymère , montrent que les polymères remplis de nanotubes de carbone pourraient potentiellement améliorer la façon dont les véhicules sans pilote dissipent l'énergie.

Une équipe dirigée par le laboratoire de recherche de l'armée du commandement du développement des capacités de combat de l'armée américaine mène des recherches théoriques par modélisation informatique.

"Notre motivation pour cette recherche est qu'il pourrait y avoir une utilisation potentielle, comme matériau de matrice, pour l'incorporation dans des composites légers dans des systèmes de véhicules sans pilote, " a déclaré le Dr Yelena R. Sliozberg, un scientifique des matériaux informatiques au laboratoire.

Les chercheurs ont déclaré que les polyuréthanes sont des matériaux polyvalents utilisés dans une grande variété d'applications, y compris les revêtements, mousses et élastomères solides. Comme films adhésifs, par exemple, ils sont couramment utilisés comme agents de liaison entre les couches de verre et comme couches arrières polymères dans le verre transparent ou les composites plastiques tels que les blocs de vision sur les vitres latérales utilisées dans les véhicules tactiques. En particulier, les polymères PUU segmentés hautes performances présentent des propriétés physiques et mécaniques polyvalentes.

Dans cette recherche, l'équipe a utilisé la modélisation informatique pour examiner la nature des matériaux.

Sliozberg a déclaré que les composites hiérarchiques sont un domaine de recherche prometteur pour les véhicules de l'armée car ils sont moins sensibles à la corrosion, entraînant la mort précoce des composants.

"Contrairement aux composites thermodurcissables traditionnels, les élastomères de poly(uréthaneurée) performants sont beaucoup moins cassants et ils offrent un contrôle inégalé sur l'architecture des matériaux, " Sliozberg a déclaré. "Les composites nanotubes de carbone/polymère ont des caractéristiques électriques et thermiques souhaitables qui présentent des comportements supérieurs aux matériaux fibreux conventionnels."

Sliozberg a déclaré qu'ils devaient mieux comprendre la nature des interactions au niveau moléculaire dans ces matériaux afin d'améliorer les niveaux de contrainte maximum auxquels ils peuvent résister et d'adapter les mécanismes de dissipation d'énergie.

La modification chimique des nanocharges n'est pas triviale et diminue généralement leurs propriétés en modifiant leur structure et leur chimie. Par exemple, le module d'Young pourrait être inférieur, elle a expliqué.

Les résultats de cette équipe indiquent fortement l'efficacité de l'incorporation de nanotubes de carbone alignés pour l'optimisation de la microstructure des polymères PUU hiérarchiques dans la matrice ainsi qu'à l'interface sans aucune modification de surface de charge, dit Sliozberg.

"Cela montre que la présence d'une haute affinité de poly(uréthane-urée) pour les nanotubes de carbone conduirait à une nouvelle voie de synthèse verte sans avoir besoin d'aucune fonctionnalisation de surface des nanotubes pour la fabrication de nanocomposites de poly(uréthane-urée) renforcés de nanotubes de carbone hiérarchiques matériaux composites, " elle a dit.

Les co-auteurs de l'article de Sliozberg, "Simulation de la dynamique des particules dissipatives de la séparation des microphases dans les nanocomposites d'urée polyuréthane" sont Jeffrey L. Gair Jr., Scinétique, Inc., et le Dr Alex J. Hsieh, de l'Institute for Soldier Nanotechnologies du laboratoire du Massachusetts Institute of Technology.

Les futurs véhicules de l'armée pourraient voir une amélioration de leurs matériaux de structure car ils sont moins sensibles à la corrosion, léger et ont une conductivité électrique plus élevée que les élastomères traditionnels. Les matériaux présentent également un grand potentiel pour protéger les véhicules contre l'accumulation et les décharges d'électricité statique et les coups de foudre.

« Certains véhicules militaires tels que les hélicoptères de l'armée doivent résister à des vibrations et à une fatigue intenses et la nature conductrice de ces matériaux pourrait conduire à un niveau de multifonctionnalité sans précédent avec un potentiel de surveillance de la santé structurelle en temps réel grâce à la détection de contrainte intégrée et à la surveillance des dommages qui conduiront à une sécurité et évaluer avec précision la durée de vie restante des composants du véhicule, " a déclaré Sliozberg.

Les collaborateurs de l'Université Drexel approfondissent la recherche en étudiant les utilisations potentielles des polymères PUU avec des nanotubes de carbone en tant que matériaux de filaments pour l'impression 3D. Le laboratoire ne mène actuellement ces études sur aucun véhicule. Les chercheurs prévoient de collaborer avec d'autres équipes de l'armée pour effectuer des tests dans un proche avenir.