Videli smo brojne primere samolečećih polimera koji omogućavaju materijalima da se poprave nakon oštećenja. Jedan od najčešćih pristupa podrazumeva korišćenje ugrađenih mikrokapsula koje oslobađaju sredstvo za lečenje kada je materijal oštećen. Istraživači su proširili ovu ideju kako bi razvili novu tehniku koja omogućava samolečeće mogućnosti kompozitnim materijalima koji su ojačani vlaknima.
Novi sistem samolečenja, razvijen od strane istraživača sa Bekman instituta za autonomne materijale na Univerzitetu Ilinoisu, SAD, zamenjuje mikrokapsule korišćene u drugim samolečećim tehnologijama sa odvojenim mikrokanalima, od kojih je jedan punjen sa epoksidnom smolom a drugi sa učvršćivačem. Kada je oštećen kompozitni materijal ojačan vlaknima, ove 3D vaskularne mreže su pokidane, oslobađajući dva tečna lekovita sredstva koja se mešaju zajedno i polimerizuju kako bi popravili materijal. Istraživači kažu da ova tehnika omogućava da se materijali samostalno poprave više puta.
„Ovo je prva demonstracija ponovnog zarastanja kod kompozirnih materijala ojačanih vlaknima“, kaže Skot Vajt, profesor avioinženjeringa. „Proces samolečenja je već rađen ranije kod polimera sa različitim tehnologijama i mrežama, ali one nisu mogle biti primenjene na kompozitima ojačanim vlaknima. Karika koja je nedstajala je razvoj tehnike vaskularizacije.“
Istraživači su otkrili da stavljanje vaskularne mreže u aranžman riblje kosti, namesto njihovo aranžiranje u pravim linijima, omogućava lekovitim sredstvima da se efikasnije kombinuju kada su ispuštene u materijal usled pukotine. Preklapanje mikrokanala pomaže u mešanju tečnosti, od kojih obe imaju konzistentnost sličnu gustom sirupu.
Oglas
„Pored toga, stvaranje vaskularizacije koja se integriše bezšavno sa tipičnim proizvodnim procesima polimernih kompozita je jak atribut za komercijalnu upotrebu“, rekla je Nensi Sotos, profesorka nauke o materijalima i inženjeringa.
Vaskulatira je kreirana korišćenjem istog procesa koji se koristi za izgradnju kompozitnog laminata ojačanog vlaknima, što podrazumeva tkanje i slaganje višestrukih slojeva ojačane tkanine koja se zatim ko-infuzuje sa vezivajućim polimerskom smolom. Na isti način, istrživači su prošili liniju bio-ekološkog polimera unutar kompozita. Ovaj polimer je nazvan „žrtveno vlakno“, jer nakon što se kompozit napravi, on se greje kako bi istopio vlakna, ostavljajući šuplje mikrokanale koji čine vaskularni sistem samolečenja.
„Lepota ovog pristupa samolečenja jeste u tome da ne moramo da ispitamo strukturu i kažemo, ovo je mesto gde je oštećenje nastalo, i zatim ga sami popravimo“, kaže Džejson Patrik, doktorant građevinskog inženjeringa. „Kada se desi oštećenje, ono pocepa odvojene mreže lekovitog sredstva, što ih automatski osobaća u ravan pukotine - slično rani koja krvari. Kako oni dođu u kontakt jedan sa drugim na licu mesta, ili unutar materijala, oni polimerizuju i u suštini formiraju strukturalni lepak na mestu oštećenja. Ovo smo testirali tokom višestrukih ciklusa i sve pukotine su uspešno zarasle sa skoro 100% efikasnosti.“
Istraživanje tima je objavljeno u časopisu „Advanced Materials“.
