Egy önjavító kompozit segítségével évszázadokig tartósak maradhatnak az ipari alkatrészek

Amerikai kutatók állítása szerint olyan önjavító kompozit készült, amely nagyságrendekkel ellenállóbb a repülőgépszárnyakban, turbinapengékben és más ipari alkalmazásokban ma használt megoldásoknál, miközben képes magát újra meg újra helyreállítani.

A becslések szerint az új eljárás a hagyományos, szálakkal erősített kompozitok élettartamát a jelenlegi, évtizedekben mérhető tervezési ciklushoz képest akár évszázadokra növelheti.

A Houstoni és az Észak-Karolinai Állami Egyetemen végzett kutatás a szálakkal erősített polimer, vagyis FRP kompozit újra feltalálására fókuszált. Ezt az anyagot nagy szilárdság–tömeg aránya miatt előszeretettel alkalmazza a repülőgép- és autóipar, de jelentős szerepet tölt be szélturbinák és űreszközök rendszereiben is.

Az FRP kompozit olyan üveg- vagy szénszálrétegekből épül fel, amelyeket polimer mátrix, gyakran epoxi köt össze. Az új technológia a rétegek közötti leválás kezelésére összpontosít, amely akkor alakul ki, amikor repedések jelennek meg az anyagban, és a szálrétegek elválnak a mátrixtól.

„Ez jelentősen csökkentené a sérült kompozit alkatrészek cseréjével járó költségeket és munkaigényt, valamint mérsékelné az energiafelhasználást és a hulladékképződést számos iparágban – mert kevesebb törött alkatrészt kellene kézzel átvizsgálni, javítani vagy kidobni” – magyarázta Jason Patrick, a tanulmány levelező szerzője.

A docens szerint a rétegleválás az 1930-as évek óta ismert probléma. „Úgy gondoljuk, hogy az általunk kifejlesztett önjavító technológia hosszú távú megoldást kínálhat a rétegleválásra, és lehetővé teszi, hogy az alkatrészek évszázadokig szolgáljanak. Ez jóval meghaladja a hagyományos FRP kompozitok tipikus, 15–40 éves élettartamát.”

Hogyan működik az önjavító kompozit?

Az új anyag alapfelépítése hasonlít a hagyományos FRP kompozitokra, de két kiegészítő elemmel rendelkezik. Első lépésként 3D-nyomtatással visznek fel hőre lágyuló javítóanyagot a szálerősítésre, amivel polimer mintázatú közbenső réteget hoznak létre, kettő–négyszeresére növelve a laminátum ellenállását a rétegleválással szemben.

A második elem a vékony, szénalapú fűtőrétegek beépítése. Ezek elektromos áram hatására felmelegszenek, és megolvasztják a javítóanyagot. Az olvadt anyag befolyik a repedésekbe és mikrotörésekbe, majd újraköti a levált határfelületeket, helyreállítva a szerkezeti teljesítményt.

A hosszú távú működés vizsgálatára automatizált tesztrendszert használtak: ismétlődő húzóerőt fejtettek ki egy FRP kompozitra, amely 50 milliméter hosszú rétegleválást idézett elő, majd hőhatású javítást indított el. A kísérlet 40 napon át zajlott, és összesen ezer törés–javítás ciklust tartalmazott. Minden egyes javítás után mérték az anyag ellenállását a következő rétegleválással szemben.

Nem lesz közkincs, levédték a technológiát

„Mivel a kompozitunk eleve lényegesen ellenállóbb a hagyományos kompozitoknál, ez az önjavító anyag legalább 500 cikluson át jobban ellenáll a repedéseknek, mint a jelenleg elérhető laminált kompozitok. Bár az ismételt javítások után a rétegek közötti szívósság csökken, ez a folyamat nagyon lassan zajlik” – összegezte az eredményeket Jack Turicek, a tanulmány vezető szerzője.

Csodás felfedezés, de nem férhet hozzá bárki: Patrick levédte a technológiát, amely immáron csak licencelhető, a professzor Structeryx Inc. névre keresztelt startup vállalatától.

Gábor János, NEW technology