可自愈的強化纖維提高材料可靠性
發布者：日期：2024-07-02返回列表
玻璃纖維及其他強化復合纖維材料輕質堅固，廣泛用于航空、汽車、航海、城市建筑和運動器材中。但由于它們是層狀結構，可能會出現層間分離，一旦發生了內部損傷很難檢測，也無法用傳統方法來修復,這是限制復合材料更廣泛應用的重要原因之一。
據物理學家組織網報道，美國伊利諾斯大學厄本那—香檳分校的貝克曼研究所自治材料系統(AMS)研究小組開發出一種新型自愈系統，像生物組織中的脈管網絡，在其中充滿化學愈合液，能幫助強化纖維材料實現反復自動愈合。在解決長期風險問題、延長材料壽命和提高可靠性方面，這種自愈系統很有前景。
該自愈系統是一種三維脈管網絡。研究人員用環保的高分子聚合物做“線”，對強化纖維材料進行“縫紉加工”，縫制出特殊紋理的三維花紋，就像生物組織中的脈管系統。而這種縫紉線是臨時性的，加工完成后通過加熱使其蒸發，只留下中空的脈管網絡。脈管由兩套隔離的脈管系統組成，分別充入不同的愈合劑，一種是環氧樹脂，另一種是硬化劑。
“發生斷裂時，本來隔離的微管道系統斷裂，里面的愈合劑會流出來進入纖維材料，如同血管破裂，兩種愈合劑在斷裂位置互相接觸，形成高分子聚合物，就像一種結構性膠，把損傷區域連接在一起。我們進行了多次循環測試，基本上所有的斷裂都能100%成功愈合。”項目第一負責人詹森·帕德里克說，“這種自愈方法的優點在于，我們不必再去探測材料結構，不再需要人工去修復它。”
“這是首次在強化復合纖維中演示反復循環的自動愈合。”航空工程教授斯科特·懷特說，“以往在高聚材料中也曾演示過自動愈合，但那是不同的技術，無法用在強化纖維復合材料中。我們開發的脈管技術彌補了中間缺失的一環。”材料科學與工程教授南希·索托斯還指出：“把這種脈管系統和通常制造高分子聚合材料的工藝流程無縫整合在一起，在商業應用上也很有前景。”
