Kompozyty z żywicą wzmocnioną włóknem węglowym wykazują lepszą wytrzymałość właściwą i sztywność niż metale, ale są podatne na uszkodzenia zmęczeniowe.Wartość rynkowa kompozytów z żywicą wzmocnioną włóknem węglowym może osiągnąć 31 miliardów dolarów w 2024 roku, ale koszt systemu monitorowania stanu konstrukcji w celu wykrywania uszkodzeń zmęczeniowych może przekroczyć 5,5 miliarda dolarów.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy badają nanododatki i samonaprawiające się polimery, które zapobiegają rozprzestrzenianiu się pęknięć w materiałach.W grudniu 2021 r. naukowcy z Rensselaer Polytechnic Institute przy Uniwersytecie Waszyngtońskim i Uniwersytetu Technologii Chemicznej w Pekinie zaproponowali materiał kompozytowy z szklaną matrycą polimerową, który może odwrócić uszkodzenia zmęczeniowe.Osnowa kompozytu składa się z konwencjonalnych żywic epoksydowych oraz specjalnych żywic epoksydowych zwanych witrimerami.W porównaniu ze zwykłą żywicą epoksydową, kluczowa różnica między środkiem zeszklającym polega na tym, że po podgrzaniu powyżej temperatury krytycznej zachodzi odwracalna reakcja sieciowania, która ma zdolność do samonaprawy.
Nawet po 100 000 cykli uszkodzeń zmęczenie kompozytów można odwrócić poprzez okresowe ogrzewanie do czasu nieco powyżej 80°C.Ponadto wykorzystanie właściwości materiałów węglowych do nagrzewania się pod wpływem pól elektromagnetycznych o częstotliwości radiowej może zastąpić stosowanie konwencjonalnych grzejników do selektywnej naprawy komponentów.Podejście to uwzględnia „nieodwracalny” charakter uszkodzeń zmęczeniowych i może niemal w nieskończoność odwrócić lub opóźnić uszkodzenia spowodowane zmęczeniem kompozytów, wydłużając żywotność materiałów konstrukcyjnych oraz zmniejszając koszty konserwacji i eksploatacji.
WŁÓKNO WĘGLA/WĘGLIKA KRZEMU WYtrzymuje BARDZO WYSOKIE TEMPERATURY 3500°C
Studium koncepcyjne NASA „Interstellar Probe”, prowadzone przez Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, będzie pierwszą misją mającą na celu zbadanie przestrzeni poza Układem Słonecznym, wymagającą podróży z większą prędkością niż jakikolwiek inny statek kosmiczny.Daleko.Aby móc osiągać bardzo duże odległości z bardzo dużymi prędkościami, sondy międzygwiazdowe będą musiały wykonać „manewr Obersa”, który polega na skierowaniu sondy blisko Słońca i wykorzystaniu grawitacji słonecznej do katapultowania sondy w przestrzeń kosmiczną.
Aby osiągnąć ten cel, należy opracować lekki materiał odporny na bardzo wysoką temperaturę na osłonę przeciwsłoneczną detektora.W lipcu 2021 r. firma Advanced Ceramic Fibre Co., Ltd., amerykański producent materiałów wysokotemperaturowych i Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa nawiązały współpracę nad opracowaniem lekkiego włókna ceramicznego odpornego na bardzo wysokie temperatury, które wytrzymuje wysokie temperatury 3500°C.Naukowcy przekształcili zewnętrzną warstwę każdego włókna węglowego w węglik metalu, taki jak węglik krzemu (SiC/C), w procesie bezpośredniej konwersji.
Naukowcy przetestowali próbki za pomocą testu płomienia i ogrzewania próżniowego i materiały te wykazały potencjał lekkich materiałów o niskim ciśnieniu pary, rozszerzając obecną górną granicę 2000°C dla materiałów z włókna węglowego i utrzymując określoną temperaturę na poziomie 3500°C.Oczekuje się, że wytrzymałość mechaniczna zostanie wykorzystana w przyszłości w osłonie słonecznej sondy.
Czas publikacji: 18 lipca 2022 r