Naukowcy opracowali kompozyt, który sam się naprawia nawet po poważnych uszkodzeniach. Technologia ta ma pozwolić na wydłużenie żywotności wielu części samochodów, statków powietrznych czy kosmicznych, teoretycznie nawet o setki lat.
Opracowany przez zespół z North Carolina State Unviersity (USA) kompozyt potrafi się naprawić ponad 1000 razy. Jest przy tym wytrzymalszy od materiałów stosowanych obecnie w skrzydłach samolotów, łopatkach turbin i innych zastosowaniach.
„Może to znacząco obniżyć koszty i nakład pracy związane z wymianą uszkodzonych komponentów kompozytowych, a także zmniejszyć zużycie energii i ilość odpadów wytwarzanych przez wiele sektorów przemysłowych – będzie mniej uszkodzonych części wymagających ręcznej inspekcji, naprawy lub utylizacji” – ocenił prof. Jason Patrick, główny autor pracy opublikowanej w piśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences”.
Naukowcy wyjaśnili, że stosowane dzisiaj typowe polimery zbrojone włóknami składają się z warstw włókien (szklanych lub węglowych), które są połączone ze sobą polimerową osnową - często żywicą epoksydową.
Nowe podejście koncentruje się na międzywarstwowej delaminacji, która występuje, gdy pęknięcia wewnątrz kompozytu powodują oddzielanie się warstw włókien od osnowy. To wyzwanie, z którym inżynierowie borykają się już od prawie 100 lat.
„Wierzymy, że opracowana przez nas technologia samonaprawy może być długoterminowym rozwiązaniem problemu delaminacji, pozwalającym komponentom przetrwać całe stulecia. To znacznie wykracza poza typową żywotność konwencjonalnych kompozytów, która wynosi od 15 do 40 lat” – podkreśla prof. Patrick.
Nowy materiał przypomina konwencjonalne kompozyty, ale ma dwie dodatkowe cechy.
Po pierwsze, metodą druku 3D naukowcy nanoszą termoplastyczny czynnik naprawczy na wzmocnienie z włókien, tworząc dodatkową polimerową warstwę o specyficznym wzorze, która sprawia, że laminat jest od dwóch do czterech razy bardziej odporny na delaminację.
Po drugie w materiale umieszczono cienkie, węglowe warstwy grzewcze, które nagrzewają się pod wpływem prądu elektrycznego. Ciepło topi czynnik naprawczy, który następnie wpływa w pęknięcia i mikrouszkodzenia, ponownie spajając rozwarstwione powierzchnie.
Eksperci wyjaśnili, że w rzeczywistych warunkach proces naprawy byłby uruchamiany dopiero po uszkodzeniu materiału, np. przez uderzenia gradu, ptaków lub inne nietypowe zdarzenia, bądź podczas rutynowych przeglądów technicznych.
Na podstawie przeprowadzonych już rozległych testów szacują, że materiał mógłby przetrwać 125 lat przy naprawach przeprowadzanych co kwartał lub nawet 500 lat przy naprawach corocznych.
„Stanowi to oczywistą wartość dla technologii o dużej skali i wysokich kosztach, takich jak samoloty czy turbiny wiatrowe” – podkreślił prof. Patrick.
„Może to być jednak wyjątkowo istotne także dla technologii takich jak statki kosmiczne, które operują w środowiskach w dużej mierze niedostępnych, gdzie przeprowadzenie napraw konwencjonalnymi metodami na miejscu byłoby trudne lub wręcz niemożliwe” – dodał.
Marek Matacz (PAP)
mat/ agt/
