

美国北卡罗来纳州立大学科学家研宣布一种新式自愈复合资料,可完成上千次自我修正,估计能使飞机机翼、风力涡轮叶片和航天器结构部件的寿数延伸至数百年,远超现有资料几十年的规划周期。相关效果发表于新一期《美国国家科学院院刊》。
现在遍及的运用的纤维增强聚合物(FRP)复合资料,因其轻质高强特性,被大范围的运用于飞机、轿车、风力发电机和航天器中。但这类资料长时间面对“层间分层”难题,即内部裂纹导致纤维层与树脂基体别离,极度影响结构完整性。自20世纪30年代以来,这一问题一直限制着复合资料的耐久性,传统FRP规划寿数一般仅为15年至40年。
新研制的自愈资料在传统FRP基础上进行了两项要害立异:一是在纤维层间经过3D打印技能嵌入热塑性愈合剂,使资料抗分层才能提高2至4倍;二是集成超薄碳基加热层,通电后可敏捷升温,促进愈合剂熔化并流入裂缝,主动修正损害,康复原有功用。
为验证新资料的长时间安稳性,团队构建了主动化检测体系,在40天内对资料接连施行1000次“损坏—修正”循环。每次试验均人为制作50毫米长的分层裂纹,随后触发加热自愈机制,并检测修正后的承载才能。成果显现,该资料在阅历千次循环后仍坚持优异功用,抗开裂才能明显优于传统复合资料,且耐性衰减极为缓慢,创下自愈次数的新纪录。
团队表明,在实践运用中,资料仅在遭受冰雹、鸟撞等突发损害或定时保护时才发动修正程序。据此计算,此类部件理论上可继续运用达125年以上,甚至在500年内仅需修正4次即可保持功用安稳。
这项技能将大幅度下降工业设备的修理本钱与能源消耗,削减抛弃部件带来的环境污染,对难以返修的航天器具有革命性含义。
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