Ультра прочное и легкое: углеродное эпоксидное волокно имитирует структуру пробкового дерева

29/07/2014

Ультра прочное и легкое: углеродное эпоксидное волокно имитирует структуру пробкового дереваНа ветропарках по всей Северной Америке и Европе, специальные турбины, оборудованные в соответствии с самыми современными высокими технологиями, преобразуют энергию ветра в электрическую энергию. Но внутри лопастей этой ультрасовременной техники скрывается достаточно простой природный материал – пробковое дерево.

Как и многие другие промышленные товары, которые используют конструкции сэндвич панелей для достижения сочетания легкого веса и прочности, турбинные лопасти содержат тщательно обработанные полоски пробкового дерева из Эквадора. Именно эта страна обеспечивает 95 процентов мировых поставок данного материала.

На протяжении многих веков быстрорастущее пробковое дерево ценится за его легкий вес и соотношение прочности с плотностью. Но пробковое дерево дорого стоит и естественные изменения в древесине могут служить препятствием для достижения максимально точных требований к производительности турбинных лопастей и других сложных деталей.

Так как производители турбин проектируют всё более и более крупные лопасти – самая длинная в настоящее время измеряется 75-ю метрами, что почти соответствует размаху крыльев лайнера Аэрбас A380 – они должны быть спроектированы так, чтобы работали практически не нуждаясь в обслуживания в течение многих десятилетий. В целях соответствия более требовательным спецификациям, обеспечивающим точный вес, качество и плотность, производители ищут новые варианты строительных материалов по типу сэндвич.

 

Решение найдено

Ультра прочное и легкое: углеродное эпоксидное волокно имитирует структуру пробкового дереваТеперь, используя смесь усиленной волокнами эпоксидной основы и термореактивных смол, а также метод печати 3D, учёные из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук (SEAS) и Висс Института Биологической Инженерии разработали сотовые композиционные материалы, обладающие беспрецедентной лёгкостью и жесткостью. Новый материал требует тщательнейшего контроля процесса изготовления. Исследователи утверждают, что механические свойства этого волокна имитируют пробковое дерево. Его качество превосходит даже самые лучшие коммерческие 3D-печатные полимеры и все доступные полимерные композиты.

До сих пор в 3D печати не использовались термопластики и УФ-отверждаемые смолы. Используя новые классы материалов, такие как эпоксидные смолы, учёные открыли новые возможности для использования 3D печати в создании лёгких архитектурных решений. По существу, они расширили палитру материалов для 3D-печати.

Эта работа может найти применение в различных областях, в том числе и в автомобильной промышленности, где более лёгкие материалы играют ключевую роль в достижении жёстких стандартов установленных правительством для экономии топлива.

3D печать имеет потенциал радикального изменения производства и в других сферах. Следующим шагом будет испытание использования термореактивных смол для создания различных видов архитектур, особенно за счет использования техники смешивания наполнителей.