Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали композит из полимера, усиленного волокном (FRP), способный восстанавливать собственные структурные повреждения более тысячи раз. Композиты из FRP изготавливаются из слоистого стекла, углерода или других волокон внутри полимерной матрицы и широко используются в ветряных турбинах, авиации и аэрокосмических аппаратах благодаря соотношению прочности к весу. Однако устойчивым способом отказа в этих материалах является интерламинарная деламинация, при которой трещины отделяют слои волокон от окружающей матрицы. Исследование NC State рассматривало решение этой проблемы путём включения термопластичного исцеляющего вещества — 3D-печатного в виде промежуточного слоя — в волокно-усиление. В результате сопротивление деламинации удвоилось или утроилось по сравнению со стандартными композитами. Настоящее новшество произошло, когда электрифицированные слои на основе углерода в композите создавали тепло при нанесении повреждений. Это приводило к плавлению частей термопластичного слоя и прониканию в трещины, что привело к повторному сцеплению отделённых интерфейсов. 

Автоматизированные испытания подвергли материал деламинации диаметром 5 см, за которыми последовали циклы самовосстановления на протяжении 1000 повторений в течение 40 дней. Исследовательская группа описала результаты результатов как на порядок превосходящих их предыдущие результаты. «Поскольку наш композит изначально значительно прочнее обычных, этот самовосстанавливающийся материал лучше устойчив к трещинам, чем ламинированные композиты, которые сейчас доступны, как минимум 500 циклов. И хотя её межламинарная прочность снижается после повторного заживления, она происходит очень медленно», — заявил Джек Туричек, кандидат наук и соавтор исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences. Прогнозы, основанные на частоте заживления, предполагали, что материал может прослужить 125 лет при ежеквартальном ремонте или 500 лет при ежегодных циклах омоложения. Джейсон Патрик, соответствующий автор и доцент кафедры гражданского, строительного и экологического инжиниринга в Университете штата Северная Каролина, заявил, что технология «значительно снизит затраты и труд, связанные с заменой повреждённых композитных компонентов, а также сократит количество энергопотребления и отходов, образуемых многими промышленными секторами — потому что у них будет меньше сломанных деталей для ручного осмотра, ремонта или выбрасывания». Патрик через свою компанию Structeryx Inc. уже лицензировал эту технологию на момент публикации.

Источник