ENG: Engineering researchers have developed a new self-healing composite that allows structures to repair themselves in place, without having to be removed from service. This latest technology resolves two longstanding challenges for self-healing materials, and can significantly extend the lifespan of structural components such as wind-turbine blades and aircraft wings.

Laminated composites are made from layers of fibrous reinforcement, e.g. glass and carbon-fiber, bonded together. Damage most often occurs when the “glue” that binds these layers together begins to peel away from the reinforcement, or delaminate. The research team addressed this problem by 3D printing a pattern of thermoplastic healing agent onto the reinforcement material. The researchers also embedded thin “heater” layers in the composite. When an electrical current is applied, the heater layers warm up. This, in turn, melts the healing agent, which flows into any cracks or microfractures within the composite and repairs them.

The printed thermoplastic also enhances inherent resistance to fracture by up to 500%, meaning it requires more energy to cause delamination in the first place. In addition, the healing agent and heater layers are all made of readily available materials, and are relatively inexpensive. Another advantage of the new technology is that, if incorporated into aircraft wings, the internal heating elements would allow airlines to stop using chemical agents to remove ice from wings when aircraft are on the ground, and also to de-ice in flight.

RO: Cercetătorii din domeniul ingineriei au dezvoltat un nou compozit autovindecător care permite structurilor să se repare pe loc, fără a fi nevoie să fie scoase din funcțiune. Această tehnologie de ultimă oră rezolvă două provocări de lungă durată pentru materialele cu auto-reparare și poate prelungi semnificativ durata de viață a componentelor structurale, cum ar fi paletele turbinelor eoliene și aripile aeronavelor.

Materialele compozite laminate sunt realizate din straturi de armături fibroase, de exemplu, fibre de sticlă și de carbon, lipite între ele. Deteriorarea apare cel mai adesea atunci când “lipiciul” care leagă aceste straturi între ele începe să se desprindă de armătură sau să se delamineze. Echipa de cercetare a abordat această problemă prin imprimarea 3D a unui model de agent de vindecare termoplastic pe materialul de armare. Cercetătorii au încorporat straturi subțiri de “încălzire” în compozit. Atunci când se aplică un curent electric, aceste straturi se încălzesc. Acest lucru, la rândul său, topește agentul de vindecare, care curge în orice fisuri sau microfisuri din compozit și le repară.

Termoplasticul imprimat îmbunătățește rezistența inerentă la fractură cu până la 500%, ceea ce înseamnă că este nevoie de mai multă energie pentru a provoca delaminarea. În plus, agentul de vindecare și straturile de încălzire sunt toate realizate din materiale ușor disponibile și sunt relativ ieftine. Un alt avantaj al noii tehnologii este că, dacă ar fi încorporate în aripile aeronavelor, elementele de încălzire internă ar permite companiilor aeriene să nu mai folosească agenți chimici pentru a îndepărta gheața de pe aripi atunci când aeronavele sunt la sol, dar și pentru a le dezgheța în timpul zborului.

Source (NC State University, “New Tech Solves Longstanding Challenges for Self-Healing Materials”, 31.10.2022)

Paper: Snyder, A.D., Phillips, Z.J., Turicek, J.S., Diesendruck, C.E., Nakshatrala, K.B. and Patrick, J.F., 2022. Prolonged in situ self-healing in structural composites via thermo-reversible entanglement. Nature Communications, 13(1), pp.1-12.