popularyzatorski opis rezultatów projektu

Nr wniosku: 186847, nr raportu: 8628. Kierownik (z rap.): mgr inż. Piotr Konrad Szatkowski
Głównym celem zrealizowanego projektu było zaprojektowanie i wytworzenie kompozytu złożonego z osnowy
poliuretanowej zawierającej nanorurki węglowe oraz krótkie włókna węglowe, posiadającego właściwości samonaprawy
(self-healing), powstających uszkodzeń pod wpływem naprężeń mechanicznych, czy cieplnych. Materiały takie
charakteryzują się specyficzną właściwością, która pozwala na wydłużenie „życia” pracy materiału oraz zwiększa
bezpieczeństwo jego długoterminowego użytkowania, co czyni je bardziej atrakcyjnymi, w porównaniu z
konwencjonalnymi materiałami kompozytowymi. W ostatnich latach na rynku tworzyw termoplastycznych pojawiły się
poliuretany o zdolnościach samonaprawiania uszkodzeń, które pojawiają się w trakcie pracy wyrobu z takiego polimeru.
O ile potencjał wykorzystania takich polimerów w czystej formie jest dobrze w literaturze udokumentowany, a same
mechanizmy samonaprawy są opisane w wielu pracach, to praktyczne ich wykorzystanie na osnowy kompozytów, a w
szczególności wiedza dotycząca wielkości, skali i zakresu samonaprawy w układzie osnowa/włókno/nanorurka węglowa
są zagadnieniami całkowicie nowymi i otwartymi, nie opisanymi w dostępnej literaturze.
Zaprojektowany i opracowany materiał kompozytowy charakteryzował się dobrą wytrzymałością mechaniczną, którą
zapewniały krótkie włókna węglowe, dobrym przewodnictwem ciepła oraz odtwarzaniem swoich początkowych
właściwości pod wpływem uszkodzenia i regeneracji. Badany materiał kompozytowy został podany starannej analizie i
badaniom mechanicznym i fizykochemicznym, dzięki którym zostały stworzone modele połączeń na granicach faz:
nanorurka węglowa/poliuretan, nanorurka węglowa/ włókno węglowe oraz włókno węglowe/poliuretan. Przebadano i
opisano mechanizm, który odpowiedzialny jest samoreparację. W projekcie postawiono tezę, że proces samoregeneracji
osnowy poliuretanowej pozwala na odbudowanie utraconych właściwości mechanicznych w kompozycie PU/CNT/CF. W
kompozycie zawierającym nanorurki węglowe i mikrowłókna węglowe proces częściowego niszczenia kompozytu
zachodzi poprzez tworzenie nowych granic rozdziału typu PU/PU, PU/powierzchnia CNT i PU/powierzchnia CF.
Założono, że mechanizm niszczenia kompozytu drogą pękania samych włókien, czy nanorurek jest bardzo mało
prawdopodobny i wynika to z dużej wartości energii wiązań w strukturze węgla. W wyniku niszczenia wymienionych
granic rozdziału i tworzenia nowych powierzchni (mechanizmy „pull out”, „debonding”) mogą zostać uruchomione
procesy regeneracyjne w obrębie tych nowych powierzchni (defektów) wywołane podobnymi reakcjami, jakie towarzyszą
odbudowie czystego polimeru o zdolnościach samoregeneracyjnych. Materiały kompozytowe samoregenerujące się to
całkowicie nowa nie zbadana dotąd grupa materiałów, o nowym potencjale aplikacyjnym, które w przyszłości będą
obiektem wielu prac naukowych i komercyjnych.