Учёные создали композит с функцией многократного самовосстановления
В Университете штата Северная Каролина создан новый тип композитного материала, демонстрирующий способность к многократному самовосстановлению. Разработка, возглавленная доцентом Джейсоном Патриком, нацелена на устранение микротрещин и расслоений, что является распространенной проблемой для существующих конструкций.
Основой технологии является армированный волокнами полимер (АВП), широко используемый материал, известный своими механическими свойствами и низким весом. Основным недостатком АВП является расслоение, при котором слои материала начинают отделяться друг от друга, что приводит к сокращению срока службы. Традиционные АВП имеют срок службы от 15 до 40 лет, тогда как крупным инфраструктурным проектам и некоторым видам транспорта требуется эксплуатация в течение более длительных периодов, что влечёт за собой необходимость дорогостоящего ремонта.
Для решения этой проблемы исследователи применили двухэтапный подход. Сначала термопласт под названием EMAA был нанесён методом 3D-печати непосредственно на слои стеклопластика, что само по себе увеличило сопротивление исходного материала расслоению в 2-4 раза по сравнению с традиционными композитами. Вторым шагом стало встраивание углеродных нагревателей в другие слои материала. При подаче электрического тока эти нагреватели разогревают EMAA, который затем расплавляется, заполняет образовавшиеся трещины и сплавляет слои, эффективно восстанавливая структуру.
Испытания продемонстрировали высокую эффективность нового композита. В течение 40 дней образцы материала подвергались преднамеренному разрушению и последующему восстановлению более 1000 раз. В первые 500 циклов материал сохранял прочность, превосходящую прочность обычного композита. После 500 циклов наблюдалось незначительное снижение прочности, обусловленное накоплением остатков волокон в системе, однако общая эффективность оставалась значительно выше, чем у повреждённого традиционного композитного материала. Этот подход превосходит существующие одноразовые методы самовосстановления, основанные на микрокапсулах с жидким клеем, поскольку позволяет проводить ремонт в одном и том же месте многократно.
Потенциальные области применения этой технологии включают космические аппараты и объекты в условиях незначительной атмосферы, такие как Луна или Марс, где микрометеориты могут вызывать микротрещины. Способность к самовосстановлению, требующая лишь электрической энергии, делает её перспективной для долгосрочных космических миссий. Ветряные турбины, которые также состоят преимущественно из стеклопластика и имеют срок службы около 20 лет, могут получить выгоду от нового материала, потенциально увеличивая срок службы до более чем 100 лет, что улучшит экономические показатели и решит проблемы утилизации отходов.
Для коммерциализации технологии доктор Патрик основал компанию Structeryx Inc., которая получила лицензию от университета. Компания планирует развивать партнёрские отношения для внедрения технологии в различные отрасли. Важно отметить, что, несмотря на преимущества, существуют потенциальные ограничения, такие как возможное увеличение веса материала и повышение стоимости производства, которые могут повлиять на его применимость в аэрокосмической отрасли или на экономическую целесообразность в других сферах. Для широкого внедрения технологии требуется дальнейшая разработка и испытания.
Источник:Universe Today