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像傷口愈合一樣？！新型自修復復合材料面市

文章來源：新材料在線更新時間：2021-04-26 15:41:15

瑞士的CompPair公司開發了一系列復合材料，當局部加熱（100°C至150°C）時，它們可以在短短幾分鐘內自我修復。研究表明，CompPair復合材料的同一樣品最多可修復60次，而不會改變其性能，從而可以大大延長產品的使用壽命。該公司剛剛完成了第一輪融資。

縮短維修時間

“我的一個熟人幫助修理了美洲杯帆船賽，并說在每次比賽發現并修理損壞船只的地方之后，要花費大量的時間。例如，因為一旦發現裂縫或凹痕，就必須用一小塊材料覆蓋它，加熱小塊，然后拋光新表面。但是我們的復合材料可以將維修時間減少400倍。”

CompPair聯合創始人兼首席執行官AmaëlCohades說道，Cohades在公司的場地上進行了生動的演示來說明他的觀點：首先，Cohades用力將滾球扔向復合材料的樣品，形成一個大的凹痕，然后用熱風槍加熱凹痕。僅一分鐘后，凹痕已完全修復。復合材料修復后，其抗裂性與原始抗裂性一樣。

一年前，CompPair從瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的高級復合材料加工實驗室（LPAC）中分離出來。它已經推出了其第一類復合材料，即HealTechTM，該復合材料以預浸料的形式出售，可以像傳統聚合物一樣被披覆、粘固和固化。

“我們提供了一系列光纖體系結構，可用于各種應用，例如運動器材、風力渦輪機和船體，Cohades向我們展示了由玻璃纖維和碳纖維制成的各種質地的樣品調色板。該初創公司正在與其他幾家公司合作，將其復合材料整合到他們的產品中。”

復合材料修復背后的秘密

CompPair的專利技術使材料能夠自我修復，就像人體對傷口的反應一樣。但是它是如何工作的呢？

這項全新的技術是利用了在復合材料中加入的自修復劑。當復合材料結構受損后，只需要簡單的利用便攜式熱空氣噴槍等裝備，將受損部位材料加熱至150℃，即可在短短的60秒的時間內，實現快速修復樹脂中出現的裂縫。局部的加熱過程激活了復合材料內部修復劑，受損部位實現迅速愈合，并且不會改變結構原有性能，損傷愈合率達到100%。

這種全新問世的技術可在各類復合材料結構中應用，使用后的效果可使得原有結構壽命延長至少3倍。修復后的材料基本性能與傳統的復合材料相同，而抗裂能力可提高到原有結構的1.3倍。

不僅如此，理論上這種材料可以實現在多次受損后的自修復。更為重要的是，這項技術與主流復合材料制造工藝兼容，因此不需要對生產設備進行重組。

“此外，我們的復合材料在修復過程中不會失去任何結構性能，這意味著不存在變形的風險。這使它們非常適合廣泛的應用。”

CompPair聯合創始人兼CTO Robin Trigueira說道。

但是，這項技術的使用條件仍然受到一些限制——如果復合材料結構受到的損傷造成了內部纖維的破壞，材料將無法愈合。但由于復合材料結構的損傷往往首先從樹脂的破裂開始，因此這種利用外部熱量實現自修復的自愈系統在大多數情況下仍然奏效。

環保和經濟可行的技術

由于CompPair的技術使復合材料行業向循環經濟邁進了一步，因此獲得了Tech4Impact（EPFL針對可持續發展的初創公司的加速器計劃）的資助，并且其第一批產品被命名為“1000高效解決方案”之一。太陽動力基金會（Solar Impulse Foundation）展示了既環保又經濟可行的技術。

這項技術預計對于風力渦輪機和儲能罐來說尤其受用。研究人員表示，到2020年，僅僅是維護全世界范圍內的現有的風力渦輪機就需要花費約130億瑞士法郎。這項技術的出現有望大大降低維護成本。此外，該技術還可以在航空航天飛行器、艦船、火車、汽車、建筑、運動裝備等軍民用復合材料結構中獲得潛在應用。

當風電渦輪葉片或飛機被不明飛行物或碎片等重物擊中后，受損的零部件必須接手整件的更換或利用樹脂進行結構修補。但是更換零部件價格昂貴，而利用樹脂進行修復又會使結構增重并一定程度上改變性能。

“例如，CompPair的復合材料可以減少風電場對環境的影響。全球風電場的維護成本目前每年達到數百億瑞士法郎。而且報廢刀片很難回收。”

Cohades解釋說。

CompPair的預浸料也可能成為日常用品的特征。例如，網球運動員可能很快就能用簡單的熱風槍修理磨損的球拍。

Trigueira說：“從技術上講，這是可能的，因為定期修復我們的樹脂可以使其具有與全新時相同的性能。”

目前，如果纖維完全斷裂，復合材料將無法修復。

該公司先前已通過眾多啟動計劃籌集了資金，現在計劃從其第一輪籌資中使用950,000瑞士法郎來提高其生產能力，并為需要不同制造條件的應用開發第二個產品系列。

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