Просто представьте себе материал, который способен «заживлять» свои повреждения — снова и снова, более тысячи раз.
Армированные полимерные композиты, состоящие из слоев стекловолокна, углеродного волокна или других волокон, помещённых в полимерную матрицу, уже давно нашли применение в авиации, ветроэнергетике и автомобилестроении. Они обладают высокой прочностью и в то же время небольшим весом. Тем не менее, у них есть слабое место: со временем такие материалы начинают постепенно расслаиваться, а трещины между слоями могут постепенно разрушать конструкцию. Эта проблема известна с 1930-х годов, и поэтому срок службы таких композитов обычно исчисляется десятилетиями.
Новый композит, созданный специалистами Университета Северной Каролины, решает данную проблему с помощью двух инновационных технологий. Первая — это термопластичный «восстанавливающий агент», который наносится методом 3D-печати между волокнами. Он самостоятельно повышает устойчивость к расслоению в два-четыре раза. Вторая — это встроенные углеродные слои, которые нагреваются при подаче электричества. Нагрев приводит к плавлению термопластика, который затем заполняет образовавшиеся трещины, склеивая расслоившиеся слои обратно.
Тестирование показало впечатляющие результаты: новый материал выдержал тысячу циклов повреждения и восстановления за 40 дней. Если композиту потребуется «лечение» раз в сезон, его срок службы составит 125 лет. При восстановлении раз в год материал может прослужить до пяти столетий.
«Наш композит изначально значительно прочнее обычных, — поясняет соавтор работы, докторант Джек Турисек. — Этот самовосстанавливающийся материал демонстрирует лучшее сопротивление растрескиванию по сравнению с существующими слоистыми композитами как минимум на протяжении 500 циклов повреждения и восстановления. И хотя его прочность между слоями после повторных восстановлений всё же немного снижается, это снижение происходит очень медленно».
По словам руководителя работы Джейсона Патрика, данная технология «существенно снизит затраты и трудоемкость замены поврежденных композитных компонентов, уменьшит потребление энергии и количество отходов во многих отраслях — поскольку будет меньше сломанных деталей, требующих осмотра, ремонта или утилизации». Компания Патрика Structeryx Inc. уже лицензирует новую разработку.
Особенно перспективен материал для космической отрасли: межпланетные зонды и аппараты на других планетах не могут рассчитывать на подвоз запасных частей и помощь ремонтных бригад. Самовосстанавливающийся композит позволит создавать по-настоящему долговечные машины для изучения дальнего космоса.
Фото: hi-tech.mail.ru