Нов композитен материал може да удължи живота на самолетите с до 500 години

Изследователи от САЩ са създали самовъзстановяващ се композитен материал, който надминава по здравина използваните днес в крилата на самолетите и лопатките на турбините. Материалът може да се самовъзстановява над хиляда пъти, което ще удължи живота на конструкциите от няколко десетилетия до стотици години. По този начин разходите за подмяна на повредените части могат да бъдат значително намалени, както и да се намали количеството на промишлените отпадъци.

Материалът, изобретен от специалисти от Университета на Нова Каролина, принадлежи към класа на въглеродните пластмаси, които се ценят заради високото си съотношение между здравина и тегло. Основният проблем при тези материали е известен още от 30-те години на миналия век. Това е разслояването, или образуването на пукнатини между слоевете влакна и полимерната матрица. Новата технология е предназначена за решаване на този проблем.

Самовъзстановяващият се композит изглежда подобно на конвенционалния композит, но съдържа две ключови допълнения. Първо, с помощта на 3D принтиране върху основата на влакната се нанася слой от термопластичен полимер, който сам по себе си прави материала от 2 до 4 пъти по-устойчив на разслояване. Второ, в материала са вградени тънки въглеродни нагревателни елементи, които при подаване на електрически ток разтопяват полимерния агент. Разтопеният материал запълва пукнатините и свързва разслоените повърхности, като възстановява здравината на структурата.

Създадена е автоматизирана система за тестване, за да се оцени издръжливостта на технологията. Тя създаде 50-милиметрова пукнатина в образеца хиляда пъти подред и след това активира процеса на заздравяване, като всеки път измерваше здравината на материала след ремонта. Експериментът продължи 40 дни на непрекъсната работа.

Резултатите показаха, че първоначално новият композит е бил значително по-здрав от конвенционалния композит. Дори след 500 цикъла на повреда и възстановяване той остава по-устойчив на разслояване от конвенционалните си аналози. Въпреки че с течение на времето характеристиките на възстановяване бавно намаляват, процесът е много постепенен. Моделирането показва, че материалът ще запази способността си за самовъзстановяване за изключително дълги периоди от време.

В реални условия активирането на възстановяването ще се осъществява само след повреда на материала (напр. от градушка или сблъсък с птици) или по време на рутинна поддръжка. Изчислено е, че при тримесечно активиране материалът може да издържи 125 години, а при годишно активиране – до 500 години. Това е особено важно за труднодостъпните конструкции, като космическите кораби или лопатките на вятърните турбини, където традиционните ремонти са трудни или невъзможни.

Технологията вече е патентована и лицензирана от стартъпа Structeryx Inc. Разработчиците подчертават, че техният подход е съвместим със съществуващите процеси за производство на композитни материали и е готов за внедряване в индустрията.