国际动态 I 新型制造技术释放先进材料新的“修复”能力

英国复合材料工程创新中心（简称：NCC）正在探索一项概念验证，提供多项修复解决方案，可显著延长产品寿命并减少环境影响。对于能源行业而言，将其应用于风力涡轮机叶片，可能为英国带来巨大的环境和经济效益。 

Vitrimer材料是一种新兴的塑料，它兼具热固性塑料的耐久性和热塑性塑料的可再加工性。其既能保持性能，又易于修复，为可持续的大规模生产带来了变革性的潜力。

NCC 与布里斯托大学 (UoB)合作，率先开发 Vitrimer 材料，以弥补创新差距。通过利用模块化灌注和熔接组装等新制造方法，此次合作正在探索修复受损先进材料的新方法，为目前仅限于侵入性修补或更糟糕的填埋处理方式的修复方案提供替代方案。

挑战

NCC的技术拉动（TPT）项目将研究与产业联系起来，以促进创新。该项目旨在探索下一代先进材料，并通过以下方式突破传统先进材料的局限性：展示先进材料的创新制造和修复方法，以及突出模块化输注技术的多功能潜力。

创新

NCC 在全球率先利用熔融制造技术，展示了 Vitrimer 材料的特性如何为制造工艺增添无粘合剂粘合功能。此外，该材料还被用于一次性模块化灌注工艺，以展示这些未来材料在现有制造工艺中的应用。

为了模拟风力涡轮机叶片内部的损伤，将T型加强组件拉开直至完全失效。使用可扩展的感应加热方法修复受损部分，展示了该材料技术如何实现大型结构中受损部件的现场修复。

这项创新代表了从当前复合材料制造工艺向新的循环性的范式转变，从而实现了修复设计和报废恢复设计。

结果

优先考虑可修复解决方案可带来显著的经济和环境效益。主要发现包括：

延长使用寿命：利用烤箱和感应加热方法，在完全失效后恢复了机械性能。可修复界面组件已成功修复三次，这意味着使用寿命有望得到显著延长。

寿命终止故障：事实证明，在可修复界面加热后，结构元素可以分离，从而创造了回收和重新利用原本会被丢弃为废物的材料的机会。

减少对环境的影响：仅考虑制造和维修过程，采用这种维修技术而不是更换的生命周期评估 (LCA) 显示全球变暖潜能值 (GWP) 降低了 51%。

影响

尽管可修复界面的初始制造需要更多的能量，但修复它们而不是更换组件的能力使得这种方法在长期内更具可持续性。

在英国海上工业增长计划的背景下——该计划预计通过扩大风力涡轮机叶片的规模，未来10年内将带来54亿英镑的经济增长——延长此类部件的使用寿命可以为英国带来巨大的环境和经济效益。

后续步骤

基于这一成功的概念验证，项目团队计划：

1、进一步开发适合复合材料制造工艺的 Vitrimer 材料配方；

2、展示如何重新认证回收材料以供二次利用；

3、由 UoB 牵头、NCC 负责制造，进行进一步研究和测试，旨在将解决方案推向市场。

布里斯托大学复合材料制造副教授 Dmitry S. Ivanov 博士表示：

“技术拉动计划”不仅能将早期概念推进到更高的成熟度，还能促进成果向行业受众的传播。这种方法有助于衡量行业兴趣，同时保护背景知识产权，并促进进一步的学术研究。基于该项目和前期工作的成功，我们将继续推动伯明翰大学的研究，重点关注将玻璃体聚合物 (vitrimers) 集成到结构中并利用其独特性能重新定义制造策略的新型制造概念。

NCC 战略首席技术专家 Matt Scott 表示：

NCC 独特的“技术拉动”项目弥合了学术界与产业界之间的差距，将前景光明的技术从实验室中带出，并推进其走向实际应用。通过资助和管理为期 12 个月的项目，我们为降低风险、扩大规模和实现创新可持续解决方案的产业化提供了理想的环境。

原链接：https://www.nccuk.com/news/tpt-healable-interfaces/