复合材料技术重大突破—新型自愈材料使结构实现自我修复

北卡罗莱纳州立大学的工程研究人员开发了一种新的自修复复合材料，使结构能够在不被淘汰的情况下自行修复。

这项新技术解决了自愈合材料的两个长期难题，还可以大大延长飞机机翼和风力叶片等结构部件的寿命。

首先，这些材料通常需要从停止使用才能自修复。例如，有些需要在烘箱中加热，但对于大型部件或特定部件在使用时无法做到这一点。第二，自我修复只能在有限的时间内有效。

例如，这种材料可能可以自修复几次，之后它的自我修复性能将显著下降。北卡罗莱纳州立大学的研究人员已经提出了一种方法，以一种有意义的方式解决这些挑战，同时保留结构纤维复合材料的强度和其他性能特征，

从实际角度来看，这意味着用户可以在很长一段时间内依赖所提供的结构组件，如风力叶片，而不必担心出现故障。

通过延长这些复合材料的寿命，我们使它们更具可持续性。虽然风力叶片是一个很好的例子，但结构复合材料的应用范围很广:飞机机翼、卫星、汽车零部件、体育用品，应有尽有。

该研究详细阐述了新型自修复纤维增强复合材料的工作原理。

层压复合材料是由纤维增强层组成，例如由玻璃纤维、碳纤维等。通常情况下，当将这些纤维层粘合在一起的所谓树脂胶层开始从增强层剥落或脱落时，就会发生损伤。

该研究小组通过在增强材料上3D打印热塑性愈合剂的图案来解决这个问题。此外，科学家们在复合材料中插入了薄的“加热器”层。

在施加电流时，加热器层趋于升温。这会融化愈合剂，流入复合材料内部的任何裂缝或微裂缝中，然后对其进行修复。

我们发现这个过程可以重复至少100次，同时保持自修复的有效性。我们不知道上限是多少，如果有的话。

此外，打印的热塑性塑料提高了高达500%的固有抗断裂能力。这意味着它最初需要更多的能量来产生分层。此外，加热器层和愈合剂都是由现成的材料制成的，相对便宜。

该研究团队人员表示，虽然制造结合我们设计的复合材料会稍微贵一点，但通过显著延长材料的寿命，昂贵成本将会抵消。

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。

研究人员称已经证明了这种多功能技术是可行的。研究团队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。