Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi ve Houston Üniversitesi’nden mühendisler, 1.000’den fazla kez kendi kendini onarabilen fiber takviyeli bir kompozit malzeme geliştirdi. Malzemenin, uçak kanatları, türbin kanatları ve benzeri donanımların üretiminde kullanılan mevcut kompozitlerden belirgin şekilde daha dayanıklı olduğu belirtiliyor. Araştırmacılara göre, otomobillerin, uçakların, uzay araçlarının, rüzgar türbinlerinin ve diğer kritik makinelerin kullanım ömrünü önemli ölçüde uzatabilir.
Geliştirilen sistem, fiber takviyeli polimer (FRP) malzemelerde zamanla katmanların birbirinden ayrılmasıyla ortaya çıkan delaminasyon adı verilen kritik bir yapısal sorunu hedef alıyor. Yeni kompozit, görünüm olarak geleneksel FRP’lere benziyor ancak daha dayanıklı olacak şekilde tasarlandığı için çatlama ve kırılmaya daha az eğilim gösteriyor.
Malzeme, kompozit katmanları arasına desenli bir ara katman oluşturmak için 3D yazdırılmış termoplastik bir iyileştirici ajan kullanıyor. Poly(ethylene-co-methacrylic acid) (EMAA) malzemesinden üretilen ara katman, malzemeyi geleneksel FRP’lere kıyasla delaminasyona karşı iki ila dört kat daha dirençli hale getirerek çatlak oluşumunu ve yapısal hasarı azaltıyor.
Bir diğer önemli yenilik, karbon tabanlı gömülü ısıtıcı katmanların eklenmesi. Elektrik akımı uygulandığında bu katmanlar ısınıyor ve EMAA ara katmanını eritiyor. Böylece malzeme mikroskobik çatlakların içine akarak hasarlı yüzeyleri yeniden bağlayabiliyor. Polimer zincirlerinin yeniden iç içe geçmesine dayanan bu süreç “thermal remending” olarak adlandırılıyor.
Malzemenin kendi kendini onarma kapasitesini test etmek için ekip, gerçek kullanım koşullarını simüle eden çekme kuvveti uyguladı. 2 inçlik bir delaminasyon oluşturulduktan sonra iyileşme süreci tetiklendi ve malzemenin yapısal bütünlüğünü kaybetmeden kaç döngüye dayanabildiğini ölçmek için bu işlem 40 gün boyunca 1.000 kez tekrarlandı.
Testler sırasında malzemenin hasarı kendi kendine onarabildiği ve dayanıklılığını koruduğu gözlemlendi. Araştırmacılar, geniş çaplı kullanım durumunda havacılık, yenilenebilir enerji, otomotiv ve diğer sektörlerdeki kritik bileşenlerin kullanım ömrünün birkaç on yıldan birkaç yüzyıla çıkabileceğini belirtiyor.
Başyazar Jack Turicek, malzemenin en başından itibaren geleneksel kompozitlerden daha güçlü olduğunu ve en az 500 döngü boyunca hasara daha iyi dayanabildiğini belirtiyor.
Tekrarlanan onarım süreçleriyle dayanıklılık zamanla azalsa da bu düşüş oldukça yavaş gerçekleşiyor ve bileşenlerin 500 yıla kadar işlevini sürdürebilmesini mümkün kılabilir. Karşılaştırma yapmak gerekirse, geleneksel FRP kompozitlerin tipik ömrü yaklaşık 15 ile 40 yıl arasında değişiyor.
Araştırmacılar, malzemenin kritik bileşenlerin ömrünü uzatarak maliyetleri düşürebileceğini, enerji kullanımını azaltabileceğini ve daha az parça değişimi gerektirdiği için endüstriyel atık yönetimini iyileştirebileceğini ifade ediyor fakat malzemenin gerçek dünya koşullarında test edilmesi gerektiği ve henüz kesin bir çözüm olarak değerlendirilmemesi gerektiği de özellikle vurgulanıyor.
Kaynak: https://www.techspot.com/news/112095-new-self-healing-material-can-repair-itself-over.html
