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美研究人员研发新型复合材料可解决自愈材料两大难题

来源：世展网分类：复合材料行业资讯 2022-11-24 16:48 阅读：8833

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据外媒报道，北卡罗来纳州立大学（North Carolina State University）工程研究人员开发出新型自我修复复合材料，该最新技术可解决自愈材料的两个长期挑战，并可以显著延长风力涡轮机叶片和飞机机翼等结构部件的使用寿命。

编织碳纤维增强材料上的 3D 打印热塑性塑料研究人员表示：“我们已经开发了各种自愈合材料，但之前的自愈合复合材料策略面临着两个实际挑战。首先自愈材料通常需要停止使用才能愈合。例如，有些材料需要在烤箱中加热，但这对于大型组件或在使用给定部件时无法做到。其次，自愈只发生在有限的时间内。例如，这种材料可能能够愈合几次，但之后的自我修复特性会显著降低。我们开发出新方法以应对上述挑战，同时保留结构纤维复合材料的强度和其他性能特征。在实际操作中，这意味着用户可以在很长一段时间内依赖一个给定的结构部件，如风力涡轮机叶片，而不必担心故障。打印的热塑性塑料还提高了高达500%的固有抗断裂能力。这些复合材料延长寿命后更具可持续性。结构复合材料的应用范围很广，除了风力涡轮机叶片，还有飞机机翼、卫星、汽车部件和体育用品等。” 新型自修复纤维增强复合材料的工作原理 层压复合材料由纤维增强层制成，例如将玻璃和碳纤维粘合在一起。当将这些层粘合在一起的“胶水”开始从增强材料上剥离或分层时，通常会发生损坏。研究小组通过在增强材料上3D打印热塑性愈合剂图案来解决这个问题。在复合材料中嵌入了薄“加热器”层。当施加电流时，加热器层升温，从而熔化愈合剂，而该愈合剂会流入复合材料内的裂缝或微裂缝中并对其进行修复。研究人员表示：“我们发现这个过程可以重复至少100次，同时保持自我修复的有效性，目前为止，我们并不知道重复的上限是多少，如果有的话。” 打印的热塑性塑料还提高了高达500%的固有抗断裂能力，这意味着它首先需要更多的能量来引起分层。此外，愈合剂和加热层都是由现成的材料制成的，而且相对便宜。新技术还有另一个优势。如果将这种内部加热元件集成到飞机机翼中，航空公司就可以在飞机停留在地面时停止使用化学剂来清除机翼上的冰，也可以在飞行中除冰。研究人员表示：“虽然使用该技术制造复合材料成本较高，但通过显著延长材料的使用寿命可以抵消这一成本。我们已经证明了这种多功能技术是有效的，我们现在正在寻找政府和行业合作伙伴，帮助我们定制这些基于聚合物的复合材料，以用于特定的应用。”

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