W jednym z poprzednich artykułów pisaliśmy o takiej wersji betonu (kto nie widział, temu polecamy przejrzenie tagu #materiałmiesiąca), zaś dzisiaj chcemy przybliżyć Wam zagadnienie samonaprawialnych kompozytów polimerowych.

Niedawno głośno było o szwajcarskim startupie CompPair, który opracował materiały zawierające włókna szklane lub węglowe i żywicę przygotowywaną zgodnie z autorskim przepisem. Proponowane przez nich rozwiązanie skraca czas naprawy uszkodzonych przedmiotów do kilku minut – samonaprawialne kompozyty powracają do pierwotnego stanu pod wpływem ciepła. Oszczędza się więc zarówno środowisko, pieniądze, jak i czas (a co za tym idzie więcej pieniędzy, ponieważ nie ponosi się strat związanych z przerwą w funkcjonowaniu sprzętu). Sam proces możliwy jest dzięki składnikowi wprowadzonemu do żywicy. Testy dowodzą, że materiał po naprawie całkowicie zachowuje swoje właściwości mechaniczne, a odnawiać go można nawet 60 razy. Proponowane zastosowania dotyczą przemysłu energetycznego, sprzętu sportowego, a nawet lotnictwa i kosmonautyki [1,2].

Jednak zagadnienie samonaprawialnych kompozytów polimerowych jest badane przez naukowców już od wielu lat. Pomysł do wytworzenia takich materiałów pochodzi z natury – inspiracją może być chociażby skóra człowieka, która zrasta się po zranieniu. Zazwyczaj samonaprawialne kompozyty dzieli się na trzy kategorie:

• kapsułkowe (ang. capsule-based),
• naczyniowe (ang. vascular)
• oraz materiały z natury samonaprawialne (ang. intrinsic self-healing) [3].

Ta klasyfikacja wynika ze stosowanej metody odnowy tworzywa. Materiały kapsułkowe zawierają pod powierzchnią kapsułkę z płynem, który w razie uszkodzenia zastępuje ubytek. Naczyniowe składają się z sieci tuneli, wypełnionych płynami o różnych funkcjach, które również pozwalają na naprawę zniszczonej części materiału [5]. W przeciwieństwie do materiałów kapsułkowych i naczyniowych, których właściwości wynikają z projektu ich struktury, kompozyty polimerowe z natury samonaprawialne posiadają zdolność odbudowy fizycznych lub chemicznych wiązań [6].

Zdaje się, że samonaprawialne materiały są przyszłością przemysłu. Z pewnością musi minąć jeszcze trochę czasu, zanim zostaną one wprowadzone do użytku na szeroką skalę, jednak prognozuje się, że pozwolą one na ograniczenie czasu przestojów w pracy urządzeń, podniesienie jakości i trwałości wyrobów oraz zmniejszenie zużycia energii i śladu węglowego spowodowanych nadmierną światową produkcją tworzyw. Dalsze badania i wprowadzenie materiałów na rynek pokażą, czy spełnią się pokładane w nich nadzieje.

fot. 2.

 
Koło naukowe WAKANS
Artykuł z cyklu "Materiał miesiąca"

Źródła:

• [1] https://actu.epfl.ch/news/self-healing-composites-extend-a-product-s-lifes-4/
• [2] https://www.compositesworld.com/news/comppair-closes-seed-funding-to-advance-composite-self-healing-technology
• [3] Yongjing Wang, Duc Truong Pham & Chunqian Ji | Eileen Harkin-Jones (Reviewing Editor) (2015) Self-healing composites: A review, Cogent Engineering, 2:1, DOI: 10.1080/23311916.2015.1075686
• [4] Maria Kosarli, Dimitrios G. Bekas, Kyriaki Tsirka, Dimitrios Baltzis, Dimitrios Τ. Vaimakis-Tsogkas, Savvas Orfanidis, Georgios Papavassiliou, Alkiviadis S. Paipetis,Microcapsule-based self-healing materials: Healing efficiency and toughness reduction vs. capsule size, Composites Part B: Engineering,Volume 171,2019,Pages 78-86, https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.04.030.
• [5] Min Wook Lee, Seongpil An, Sam S. Yoon, Alexander L. Yarin, Advances in self-healing materials based on vascular networks with mechanical self-repair characteristics,Advances in Colloid and Interface Science, Volume 252, 2018, Pages 21-37, https://doi.org/10.1016/j.cis.2017.12.010.
• [6] Zechel, S., Geitner, R., Abend, M. et al. Intrinsic self-healing polymers with a high E-modulus based on dynamic reversible urea bonds. NPG Asia Mater 9, e420 (2017). https://doi.org/10.1038/am.2017.125
• fot. 2: Mphahlele, K.; Ray, S.S.; Kolesnikov, A. Self-Healing Polymeric Composite Material Design, Failure Analysis and Future Outlook: A Review. Polymers 2017, 9, 535. https://doi.org/10.3390/polym9100535