Даже самые жесткие полимерные композиты могут повреждаться, тем самым сокращается срок их службы, и всё это ограничивает их использование. Последние годы ведутся активные разработки экономически выгодных, долговечных материалов, которые могут сами «залечивать» свои повреждения (самовосстанавливающихся материалов). Но восстановление химических связей через трещины имеет ограничения.

Исследования показали, что жидкие залечивающие агенты могут применяться только для трещин микронного и субмикронного масштаба. Для больших трещин нужен другой подход, так называемое «исцеление по требованию», где внешние воздействующие факторы, такие как термическая обработка, используются для инициирования процесса заживления. Для большинства этих процессов также необходима внешняя нагрузка, чтобы сначала сузить трещины, а потом уже может начаться «залечивание».

В недавней статье в Polymer [DOI: 10.1016/j.polymer.2015.03.022], исследователи написали про принципы биологических систем для «исцеления по требованию» композита – мышцы, их сокращение и расслабление, то, что позволяет всем животным двигаться. Для исследователей, они также смогут быть ключом к уменьшению широких трещин без применения внешней нагрузки. Тонкие провода из сплавов с памятью формы уже давно пытаются использовать для полимеров, но их высокая стоимость и плохое межфазное склеивание ограничивают область их применений.

Для Чжан и Ли, широко используемый коммерческий продукт – леска, является ключом к разработке более надежных полимерных мышц. Леска плотно переплетается и сматывается для того, чтобы обеспечить расширение при нагревании. Леска была введена в термореактивную смолу и туда добавлялся мелкозернистый термопластичный порошок. Механическое испытание образца показало, что путем нагревания (с использованием стандартного фена), полимерная мышца может приводиться в действие, отдыхать и сжиматься воспроизводимым образом. Когда в материале появлялась трещина, то приведение в действие испытываемого материала сужало её. Расплавленные термопластичные добавки заполняли трещину и восстанавливали поврежденные молекулярные связи. После охлаждения композита до комнатной температуры было установлено, что трещина (начальный диаметр 0,24 мм) зажила, причем практически без заметного разделения между двумя краями.

Ученые выразили надежду, что низкая стоимость, высокая эффективность «залечивания», хорошая совместимость, и превосходная гибкость такой искусственной мышцы станут новым направлением в разработке полимерных композитов.

Источник: Polymer 64 (2015) 29–38,” Healing-on-demand composites based on polymer artificial muscle” DOI: 10.1016/j.polymer.2015.03.022