Инженери разработиха материал, който може да се самовъзстановява над 1000 пъти

Екип от инженери от Университета на Северна Каролина разработи влакнест композитен материал, който може самостоятелно да „възстановява“ вътрешни повреди над 1000 пъти. Това е пробив, който може значително да удължи експлоатационния срок на много компоненти – от лопатките на вятърните турбини до някои части в самолетите, пише EcoNews.

При лабораторни тестове новият материал стабилно елиминира един от основните проблеми на композитните материали, подсилени с влакна (FRP), наречен деламинация, при който след появата на пукнатини вътрешните слоеве на композита започват да се отделят, което намалява здравината и налага ремонт или подмяна. Инженерите смятат, че това решение може да удължи типичния срок на експлоатация на такива леки и здрави материали, които се използват широко в авиацията, автомобилостроенето, енергетиката и космическата индустрия от няколко десетилетия до векове.

Джейсън Патрик, професор по гражданско и екологично строителство в Университета на Северна Каролина и автор на изследването, отбелязва, че проблемът с разслояването преследва FRP композитите още от 1930-те години и именно той би трябвало да е преодолян от новия материал.

Новата разработка външно почти не се различава от обикновения FRP композит, но съдържа две ключови подобрения. По-конкретно, изследователите са приложили 3D-печат, за да нанесат термопластичен втвърдител директно върху влакнестата армировка, формирайки междинен слой между ламинатите на композита.

Този слой е изработен от полиетилен-ко-метакрилова киселина, известна като EMAA. Според изследователите, от самото начало той прави материала приблизително два до четири пъти по-устойчив на разслояване, което предотвратява образуването на пукнатини. Второто подобрение е набор от тънки нагревателни слоеве на въглеродна основа, вградени в композита. Когато през тези слоеве преминава електрически ток, те се нагряват и разтопяват EMAA слоя, благодарение на което той запълва пукнатините и микропукнатините, а след това свързва повредената повърхност.

С други думи, композитът е проектиран така, че да се самовъзстановява не с помощта на външна намеса, а с помощта на материал, който вече се намира вътре в структурата. Изследователите описват този механизъм като „термично възстановяване“.

За да оценят дългосрочната производителност, инженерите разработиха автоматизирана система, която прилагаше сила, докато не се образуваше разслояване с дължина около 5 сантиметра, а след това активираше процеса на нагряване, за да измери какво натоварване може да издържи материалът.

Изследователите проведоха 1000 последователни цикъла на разрушаване и самовъзстановяване в рамките на 40 дни непрекъснати изпитания, като всеки път измерваха съпротивлението след ремонта. Според тях този резултат надвишава с около един порядък предишния рекорд в бранша.