美國伊利諾斯大學(xué)的一個研究小組日前開發(fā)出一種新型自愈系統(tǒng)。該系統(tǒng)就像生物組織中的脈管網(wǎng)絡(luò),在其中充滿了化學(xué)愈合液,能幫助強化纖維材料實現(xiàn)反復(fù)自動愈合。該自愈系統(tǒng)在解決材料長期使用風(fēng)險、延長材料壽命和提高可靠性方面極具前景。
該自愈系統(tǒng)是一種三維脈管網(wǎng)絡(luò)。研究人員用環(huán)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(tǒng)。而這種縫紉線是臨時性的,加工完成后通過加熱使其蒸發(fā),只留下中空的脈管網(wǎng)絡(luò)。脈管由兩套隔離的脈管系統(tǒng)組成,分別充入不同的愈合劑,一種是環(huán)氧樹脂,另一種是硬化劑。
“發(fā)生斷裂時,本來隔離的微管道系統(tǒng)斷裂,里面的愈合劑就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,會形成高分子聚合物,就像一種結(jié)構(gòu)性膠,把損傷區(qū)域連接在一起。我們進行了多次循環(huán)測試,基本上所有的斷裂都能100%成功愈合。”論文第一作者詹森·帕德里克說,“這種自愈方法的優(yōu)點在于,我們不必再去探測材料結(jié)構(gòu),查找哪兒有了損傷,并且人工去修復(fù)它。
玻璃纖維及其他強化復(fù)合纖維材料輕質(zhì)堅固,但由于它們是層狀結(jié)構(gòu),可能會出現(xiàn)層間分離,一旦發(fā)生了內(nèi)部損傷很難檢測,也無法用傳統(tǒng)方法來修復(fù)。這是限制復(fù)合材料更廣泛應(yīng)用的重要原因之一。
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