Современная промышленность ставит перед учеными задачу создания «вечных» материалов, способных самостоятельно восстанавливать свою структуру. Одним из перспективных направлений в этой области являются углеволоконные композиты с интегрированной функцией самовосстановления.
Проблема расслоения углеволоконных композитов
Углеволоконные композиты начали использоваться в производстве около ста лет назад. Однако главной проблемой этих материалов стало расслоение в процессе эксплуатации, что требовало ремонта и замены повреждённых частей. Волокна внутри материала отделялись от эпоксидной матрицы, приводя к трещинам и разрушению деталей.
Механизм самовосстановления
Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали метаматериал на основе углеволоконного композита, который способен самостоятельно «залечивать» трещины и расслоения. Механизм самовосстановления основан на термопластичном агенте (поли(этилен-ко-метакриловая кислота), EMAA), который печатается 3D-принтером тонким слоем на армирующие волокна. В композит также внедряют тонкие углеродные слои, которые работают как нагревательный элемент во всём объёме материала.
Процесс самовосстановления
- При появлении трещин через углеродные слои пропускают электрический ток.
- Это ведёт к локальному разогреву материала.
- Термопластик плавится при температуре 150–200 °C, затекает в микротрещины и расслоения.
- После охлаждения восстанавливает целостность за счёт переплетения полимерных цепей.
Результаты и перспективы
В автоматизированных тестах материал в течение 40 дней выдержал свыше 1000 циклов «повреждение — нагрев — восстановление». Прочность материала постепенно снижалась, но даже после сотен циклов оставалась выше, чем у стандартных углеволоконных материалов. Предложенная технология может радикально изменить срок службы конструкций из композитов — от десятилетий до веков.
Применение и лицензирование
Технология запатентована (US Patent 11,613,088B2) и доступна для лицензирования через стартап Structeryx. Это может найти применение в авиации, ветроэнергетике, автомобилестроении, космических аппаратах и других отраслях, где замена повреждённых компонентов обходится дорого.
Conclusion
Новый метаматериал на основе углеволокна с функцией самовосстановления открывает перспективы для создания «вечных» конструкций. Это может снизить затраты на ремонт и обслуживание, а также уменьшить количество отходов. В будущем возможно появление «вечного» пластика, что революционизирует различные отрасли промышленности.
EN 
RU