Инженеры разработали материал, способный самовосстанавливаться более 1000 раз

Команда инженеров Университета Северной Каролины разработала волокнистый композитный материал, способный самостоятельно восстанавливать внутренние повреждения более 1000 раз. Это прорыв, который может существенно продлить срок службы многих компонентов – от лопастей ветряных турбин до некоторых деталей самолетов, пишет EcoNews.

В ходе лабораторных испытаний новый материал полностью устранил одну из основных проблем армированных волокном композиционных материалов (стеклопластик), называемое расслаиванием, когда после появления трещин внутренние слои композита начинают отделяться, снижая прочность и вызывая необходимость ремонта или замены. Инженеры полагают, что это решение может продлить типичный срок службы таких легких и прочных материалов, которые широко используются в авиационной, автомобильной, энергетической и космической промышленности, с нескольких десятилетий до столетий.

Джейсон Патрик, профессор гражданского и экологического строительства в Университете Северной Каролины и автор исследования, отмечает, что проблема расслоения преследует композиты FRP с 1930-х годов, и именно эту проблему следует решить с помощью нового материала.

Новая разработка внешне почти неотличима от обычного стеклопластика, но содержит два ключевых улучшения. В частности, исследователи использовали 3D-печать для нанесения термопластичного отвердителя непосредственно на армирующее волокно, образуя промежуточный слой между ламинатами композита.

Этот слой состоит из полиэтилен-со-метакриловой кислоты, известной как ЭМАА. По мнению исследователей, это с самого начала делает материал примерно в два-четыре раза более устойчивым к расслоению, что предотвращает образование трещин. Второе улучшение — это набор тонких нагревательных слоев на основе углерода, встроенных в композит. При прохождении электрического тока через эти слои они нагреваются и плавят слой ЭМАА, благодаря чему он заполняет трещины и микротрещины, а затем склеивает поврежденную поверхность.

Другими словами, композит предназначен для самовосстановления не с помощью внешнего вмешательства, а с помощью материала, который уже находится внутри конструкции. Исследователи описывают этот механизм как «термическое восстановление».

Чтобы оценить долгосрочные характеристики, инженеры разработали автоматизированную систему, которая применяла силу до тех пор, пока не образовывалось расслоение длиной около 5 сантиметров, а затем активировала процесс нагрева, чтобы измерить, какое напряжение может выдержать материал.

Исследователи провели 1000 последовательных циклов разрушения и самовосстановления в течение 40 дней непрерывных испытаний, каждый раз измеряя стойкость после ремонта. По их словам, этот результат превышает предыдущий рекорд в отрасли примерно на порядок.