編織碳纖維增強材料上的 3D 打印熱塑性塑料

此外，該最新技術還可解決自愈材料的兩個長期挑戰，并可以顯著延長風力渦輪機葉片和飛機機翼等結構部件的使用壽命。

該研究論文的通訊作者、北卡羅來納州立大學土木、建筑和環境工程助理教授表示：“研究人員已經開發了各種自愈合材料，但之前的自愈合復合材料策略面臨著兩個實際挑戰。”

首先自愈材料通常需要停止使用才能愈合。例如，有些材料需要在烤箱中加熱，但這對于大型組件或在使用給定部件時無法做到。

其次，自愈只發生在有限的時間內。例如，這種材料可能能夠愈合幾次，但之后的自我修復特性會顯著降低。

我們開發出新方法以應對上述挑戰，同時保留結構纖維復合材料的強度和其他性能特征。

在實際操作中，這意味著用戶可以在很長一段時間內依賴一個給定的結構部件，如風力渦輪機葉片，而不必擔心故障。打印的熱塑性塑料還提高了高達500%的固有抗斷裂能力。

研究人員表示：“這些復合材料延長壽命后更具可持續性。結構復合材料的應用范圍很廣，除了風力渦輪機葉片，還有飛機機翼、衛星、汽車部件和體育用品等等。

新型自修復纖維增強復合材料的工作原理

層壓復合材料由纖維增強層制成，例如將玻璃和碳纖維粘合在一起。當將這些層粘合在一起的“膠水”開始從增強材料上剝離或分層時，通常會發生損壞。

研究小組通過在增強材料上3D打印熱塑性愈合劑圖案來解決這個問題。研究人員還在復合材料中嵌入了薄“加熱器”層。當施加電流時，加熱器層升溫，從而熔化愈合劑，而該愈合劑會流入復合材料內的裂縫或微裂縫中并對其進行修復。

研究人員表示：“我們發現這個過程可以重復至少100次，同時保持自我修復的有效性，目前為止，我們并不知道重復的上限是多少，如果有的話。”

打印的熱塑性塑料還提高了高達500%的固有抗斷裂能力，這意味著它首先需要更多的能量來引起分層。此外，愈合劑和加熱層都是由現成的材料制成的，而且相對便宜。
新技術還有另一個優勢。如果將這種內部加熱元件集成到飛機機翼中，航空公司就可以在飛機停留在地面時停止使用化學劑來清除機翼上的冰，也可以在飛行中除冰。

研究人員表示：“雖然使用該技術制造復合材料成本較高，但通過顯著延長材料的使用壽命可以抵消這一成本。”

“我們已經證明了這種多功能技術是有效的，”研究人員說，“我們現在正在尋找政府和行業合作伙伴，幫助我們定制這些基于聚合物的復合材料，以用于特定的應用。”

文章來源：CompositesWorld、榮格復材技術