Композитные материалы научили самовосстанавливаться много раз
В современной аэрокосмической, автомобильной, военно-морской и другой промышленности часто используются армированные волокнами композитные материалы, такие как стеклопластик. Большим их недостатком является то, что внутренние повреждения в таких материалах практически невозможно обнаружить и сложно восстановить обычными способами. Небольшая внутренняя трещина может спровоцировать необратимый процесс расслаивания. Из-за этого использование композитных материалов сильно ограничено.
Для решения проблемы группа исследователей из Института Бекмана Иллинойского университета (Beckman Institute University of Illinois) разработала особую систему самовосстановления.
Ранее другие учёные уже демонстрировали такую возможность для полимерных материалов с помощью встраиваемых микрокапсул, которые при повреждении высвобождают "залечивающее" вещество. Теперь команда профессоров Нэнси Соттос (Nancy Sottos), Скотта Уайта (Scott White) и Джеффа Мура (Jeff Moore) с подопечными развила эту идею, распространив её на композитные материалы.
Учёные заменили микрокапсулы трёхмерной сетью микроканалов двух типов: одни заполнены эпоксидной смолой, а другие − отвердителем. Оба вещества полностью изолированы друг от друга и имеют консистенцию чуть разбавленного варенья.
При возникновении внутреннего повреждения сосудистая сеть разрушается, жидкие компоненты смешиваются, полимеризуются и "залечивают" возникшую "рану". По сути, материал восстанавливает себя сам.
В пресс-релизе института исследователи утверждают, что такой внутренний ремонт может повторяться несколько раз практически со 100 процентной эффективностью.
Одной из основных проблем при разработке технологии была эффективность инициирования полимеризации. Решением оказалось расположение микроканалов "ёлочкой", а не параллельно друг другу.
Ещё одним достижением стала сама технология васкуляризации, то есть прокладки сети микроканалов в материале. В процессе изготовления композита часть армирующих волокон была изготовлена из специального "жертвенного" полимера, который при последующем нагревании конечного материала просто плавится и испаряется, оставляя сосудистую сеть.
"Это первая демонстрация повторного самовосстановления композитного материала с армирующими волокнами", — рассказывает один из авторов работы Джейсон Патрик (Jason Patrick). – Технология самовосстановления существовала и ранее, но не могла быть использована для композитных материалов с армирующими волокнами. Ключом к нашему успеху стала васкуляризация".
Результаты работы исследователи опубликовали в журнале Advanced Materials.
