Новый композитный материал чинит себя более 1000 раз и способен продлить жизнь самолётов и автомобилей на века

Инженеры из Университета штата Северная Каролина и Хьюстонского университета представили армированный волокном композитный материал, который, по их словам, способен самостоятельно восстанавливаться более 1000 раз.

Разработчики отмечают, что новый композит заметно прочнее тех, из которых сегодня делают крылья самолётов, лопасти турбин и аналогичные важные детали. Материал может значительно продлить срок службы автомобилей, самолётов, космических аппаратов, ветрогенераторов и других машин, рассчитанных на продолжительную работу.

Главная проблема, с которой работали учёные, называется расслоением – со временем слои армированных волокном полимерных композитов (FRP) начинают отделяться друг от друга, что приводит к разрушению конструкции. Новый материал внешне похож на привычные FRP, но рассчитан на большую ударную вязкость и хуже поддаётся растрескиванию.

Ключевую роль играет напечатанный на 3D-принтере термопластичный "заживляющий" слой, расположенный между ламинатами композита. Его делают из сополимера этилена и метакриловой кислоты (EMAA), и именно эта прослойка обеспечивает сопротивление расслоению в два–четыре раза выше, чем у традиционных FRP. Благодаря ей материал лучше сопротивляется трещинам и структурным повреждениям.

Вторая важная часть конструкции – встроенные нагревательные слои на основе углерода. При подаче электрического тока они нагреваются и плавят прослойку из EMAA, после чего расплав затекает в микротрещины и повторно связывает повреждённый шов.

Для проверки самовосстанавливающих свойств команда подвергала образцы растягивающим нагрузкам, имитирующим реальное использование. После создания расслоения длиной около пяти сантиметров исследователи запускали процесс восстановления и повторяли цикл 1000 раз в течение 40 дней, оценивая, сколько повреждений материал способен пережить без потери ключевых характеристик.

По итогам испытаний композит сохранил свою прочность и успешно затягивал дефекты. По оценке разработчиков, широкое внедрение такого материала в аэрокосмической отрасли, энергетике, автомобилестроении и других сферах может продлить срок службы ключевых узлов автомобилей, самолётов, ветряков и космических аппаратов с нескольких десятилетий до нескольких столетий.

Ведущий автор исследования Джек Турисек отметил, что материал изначально прочнее обычных композитов и уверенно переносит повреждения как минимум на протяжении 500 циклов восстановления. Прочность постепенно снижается с каждым ремонтом, но происходит это очень медленно, так что отдельные компоненты теоретически могут прослужить до 500 лет. Для сравнения, типичный ресурс современных FRP-композитов составляет от 15 до 40 лет.

Ученые случайно обнаружили трио бактерий, способных переваривать вредную пластиковую добавку

Учёные утверждают, что впервые синтезировали неуловимый гексагональный алмаз

Учёные считают, что новая разработка способна снизить расходы за счёт увеличенного ресурса ответственных деталей и уменьшить энергопотребление производств. Реже придётся менять изношенные компоненты, что также благоприятно скажется на объёмах промышленных отходов.

При этом ученые отмечают, что материал ещё предстоит проверить в реальных условиях, прежде чем говорить о полноценном успехе.