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瑞士洛桑联邦理工学院开发出新型自修复复合材料

法国JEC复合材料集团网站2019年3月11日报道称,来自瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)先进复合材料工艺实验室的研究人员,最近开发出一种材料,可在结构受到损伤后轻易实现自我修复。这种尖端复合材料或将在航空航天飞行器、风力涡轮机、汽车及各类运动装备中取得应用。

研究人员开发出新型自修复复合材料(瑞士洛桑联邦理工学院图片)

当风电涡轮叶片或飞机被不明飞行物或碎片等重物击中后,受损的零部件必须接手整件的更换或利用树脂进行结构修补。但是更换零部件价格昂贵,而利用树脂进行修复又会使结构增重并一定程度上改变性能。

EPFL的先进复合材料工艺实验室(LPAC)在自修复复合材料领域,已经从事了长达12年的深入研究。为了解决上述问题,EPFL的研究人员采用了一种全新的专利技术,找到了一种快速容易的方法,修复复合材料结构中出现的裂纹或裂缝。

新型自修复材料具有优异的修复特性(瑞士CompPair公司图片)

这项全新的技术是利用了在复合材料中加入的自修复剂。当复合材料结构受损后,只需要简单的利用便携式热空气喷枪等装备,将受损部位材料加热至150℃,即可在短短的60秒的时间内,实现快速修复树脂中出现的裂缝。局部的加热过程激活了复合材料内部修复剂,受损部位实现迅速愈合,并且不会改变结构原有性能,损伤愈合率达到100%。这种全新问世的技术可在各类复合材料结构中应用,使用后的效果可使得原有结构寿命延长至少3倍。修复后的材料基本性能与传统的复合材料相同,而抗裂能力可提高到原有结构的1.3倍。不仅如此,理论上这种材料可以实现在多次受损后的自修复。更为重要的是,这项技术与主流复合材料制造工艺兼容,因此不需要对生产设备进行重组。

值得注意的是,这项技术的使用条件仍然受到一些限制——如果复合材料结构受到的损伤造成了内部纤维的破坏,材料将无法愈合。但由于复合材料结构的损伤往往首先从树脂的破裂开始,因此这种利用外部热量实现自修复的自愈系统在大多数情况下仍然奏效。

这项技术预计对于风力涡轮机和储能罐来说尤其受用。研究人员表示,到2020年,仅仅是维护全世界范围内的现有的风力涡轮机就需要花费约130亿瑞士法郎。这项技术的出现有望大大降低维护成本。此外,该技术还可以在航空航天飞行器、舰船、火车、汽车、建筑、运动装备等军民用复合材料结构中获得潜在应用。

研究人员利用玻璃纤维增强树脂基复合材料制造的飞行器结构件瑞士CompPair公司图片)

此外,为了推广这项技术在航空航天领域中应用,研究人员使用玻璃纤维增强的树脂基复合材料制造了应用于航天器中的零部件,并展示了其愈合过程中的工作原理。该零部件将于2019年3月12日-14日在巴黎举行的JEC复合材料展览中进行展出。

EPFL先进复合材料工艺实验室的研究人员目前正建立一家名为CompPair的自修复复合材料初创公司,以便进一步发展并向市场推广这种新材料

(中国航空工业发展研究中心  陈济桁)

本篇供稿:系统工程研究所

运 营:李沅栩

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