Быстро собираемые и разбираемые структуры, которые можно назвать новым шагом в использовании композитов в качестве конструкционных материалов, созданы в Массачусетском технологическом институте.

Кеннет Ченг (Kenneth Cheung) и его коллеги уподобляют свою разработку чему-то вроде кольчуги: углепластиковые элементы соединяются друг с другом механически со множеством точек контакта, причём результирующая упругость на грамм веса получается вдесятеро лучше существующих ультралёгких материалов — до 12,3 МПа при плотности в 7,2 мг/см³. Это значит, что конструкции на такой основе при равной прочности будут в несколько раз легче обычных. Что особенно важно, сборка легко может быть произведена в обратном направлении, если часть конструкции потребуется заменить при ремонте. Причем каждый элемент сборного материала может быть произведён на роботизированных линиях массово и относительно быстро.

Сегодня обычные композиты — вроде тех, что используются во всяких хоккейных клюшках, теннисных ракетках и Boeing 787, — представляют собой цельную конструкцию, в которой армирующие волокна намертво объединены с наполнителем. Изделие производится целиком и затем целиком же высыхает, что требует огромных производственных площадей и уймы времени (на застывание пластикового наполнителя). Поскольку отдача от оборудования напрямую зависит от времени изготовления единицы продукции, там, где цена имеет значение, композиты приживаются трудно. Задумайтесь: крыло огромного авиалайнера надо выполнить целиком как одну деталь.

Материаловеды обратились к такому подходу, решив разобраться со следующим странным, казалось бы, вопросом: а можно ли создать на 3D-принтере самолёт? Оказалось, это непрактично, и тогда специалисты вспомнили про структуры, напоминающие детский конструктор Лего.

Как удаётся добиться возможности разборки нового материала без риска его самопроизвольного рассыпания на составляющие? Всё просто: он прочен в одном направлении приложения сил, совпадающем с внешними нагрузками в конструкции, и сравнительно легко разбирается, когда сила прилагается к его элементам под необычным углом.

Важнейшей чертой новых композитов называется иной характер их разрушения, отмечается в отчёте об исследовании, опубликованном в журнале Science. Сейчас, если стекло- или углепластик будут перенапряжены, то деталь внезапно, в одночасье может треснуть, причём не чуть-чуть, а по всей длине-ширине. А вот новая структура при повышении нагрузки испытывает разрушения на другой манер: лопается только один элемент «трёхмерной решётки», другие остаются такими же прочными. Следовательно, не нужно выбрасывать всю композитную деталь, достаточно заменить один крошечный элемент.

Всё это открывает перед материалом возможность создания на его основе конструкций с зонами программируемой деформации — вроде тех, без которых не обходится ни один современный автомобиль, приходит к выводу Compulenta.ru в информации, подготовленной по материалам Массачусетского технологического института.