Cercetătorii de la North Carolina State University au creat un compozit polimeric armat cu fibre (FRP) care se „vindecă” singur și poate avea o durată de viață de sute de ani. Noul material poate fi utilizat în diverse aplicații, de la automobile și aeronave la turbine eoline și nave spațiale.
Compozitul este mai rezistent decât materialele utilizate în prezent și, mai mult, se poate repara singur de peste 1.000 de ori. Cercetătorii estimează că strategia lor de „autovindecare” poate extinde durata de viață a materialelor compozite armate cu fibre convenționale cu secole, comparativ cu durata actuală de proiectare de câteva decenii.
„Acest lucru ar reduce semnificativ costurile și forța de muncă asociate cu înlocuirea componentelor compozite deteriorate și ar reduce cantitatea de energie consumată și deșeurile produse de multe sectoare industriale, deoarece vor exista mai puține piese defecte care trebuie inspectate manual, reparate sau aruncate”, spune Jason Patrick, autorul corespondent al lucrării și profesor asociat de inginerie civilă, construcții și mediu la North Carolina State University, potrivit site-ului universității.
Compozitele polimerice armate cu fibre (FRP), apreciate pentru raportul lor ridicat rezistență-greutate, sunt utilizate frecvent la aeronave, automobile, turbine eoliene, nave spațiale și alte aplicații structurale moderne. Compozitele FRP sunt formate din straturi de fibre, precum fibre de sticlă sau carbon, care sunt unite printr-o matrice polimerică, adesea epoxidică.
Materialul dezvoltat de echipa de la North Carolina State University seamănă cu compozitele FRP convenționale, dar are două caracteristici suplimentare.
În primul rând, cercetătorii imprimă 3D un agent termoplastic de vindecare pe armătura din fibre, creând un strat intermediar modelat polimeric care face laminatul de două până la patru ori mai rezistent la delaminare.
În al doilea rând, cercetătorii încorporează straturi subțiri de încălzire pe bază de carbon în material, care se încălzesc atunci când se aplică un curent electric. Căldura topește agentul de vindecare, care apoi curge în fisuri și microfisuri și reconectează interfețele delaminate, restabilind performanța structurală.
În scenarii reale, „vindecarea” ar fi declanșată doar după ce materialul este deteriorat de grindină, impact cu păsări sau alte evenimente, sau în timpul întreținerii programate. Cercetătorii estimează că materialul ar putea dura 125 de ani cu „vindecare” trimestrială sau 500 de ani cu vindecare anuală.
„Acest lucru oferă o valoare evidentă pentru tehnologii mari și costisitoare, precum aeronavele și turbinele eoliene. Dar ar putea fi extrem de important pentru tehnologii precum navele spațiale, care funcționează în medii greu accesibile, unde reparațiile prin metode convenționale la fața locului ar fi dificile sau imposibile”, mai spune Patrick.
C.S.