土耳其研究人员开发碳纤维复合材料微通道技术，提升航空航天等领域安全性与耐用性

土耳其阿达纳研究型大学库库罗瓦大学的一组研究人员 宣布了几项正在研发的专利，据称这些专利可以提供一种简单、更具成本效益的方法，在碳纤维复合材料中创建任意直径的通道或微通道，用于自我修复和热管理，而无需集成用于循环气体或液体的管道。

库库拉瓦大学自 2016 年以来一直在进行碳纤维增强聚合物 (CFRP)、FRP 和夹层复合材料的研发研究。由于材料在恶劣条件下承受复杂的可变载荷，裂纹扩展、纤维脱落和表面磨损等损伤是任何领域 FRP 组件和结构长期使用时自然发生的，这促使大学研究人员探索自修复机制。当然，这需要在 CFRP 或 FRP 内获得微血管通道，包括大规模微血管通道。

人们发明并测试了许多在复合结构中创建微血管通道的方法，包括静电放电、熔融和静电纺丝、软光刻、3D 打印支架等。然而，这些现有技术通常不适用于大规模生产，而且也有其自身的缺点和挑战。

这是促使库库罗瓦大学研究人员实现一种新方法的关键驱动因素，该方法可获得适用于小型和大型产品的血管和微血管通道，并在更短的时间内创建这些通道。这是通过将用于通道形成的单丝以适当的顺序放置或定位在纤维织物或长丝中并将它们集成到结构中以形成互连通道来实现的。这一特点也是最后两项专利的核心思想，据研究员 Necdet Geren 教授称，这将优化大规模生产。

以下项目分别由丘库罗瓦大学科学研究项目协调部 (BAP) 和研究型大学支持计划 (ADEP) 资助，并通过以下摘要进行更详细的描述：

具有热管理和自愈（修复）功能的复合电池外壳（PCT/TR2024/050272）

本发明涉及一种用于电动汽车 (EV) 的复合电池外壳，在发生任何损坏时具有自修复特性，以及用于该外壳的热管理系统。该电池盒具有多种功能，由纤维增强聚合物复合板组成，并包含各种直径的集成通道，以便在发生任何机械损坏和热管理时实现自修复 (修复)。因此，通过位于高强度复合结构中的通道为电池盒提供自修复 (改进) 功能，创建了一种智能材料系统。 

电池外壳用于与任何类型的电动汽车相关的各个行业（例如航空航天、船舶、汽车和铁路系统）以及电池包装领域。

自修复聚合物基体、纤维增强复合材料压力容器罐体及风力涡轮机叶片的生产方法（PCT/TR2024/050885）

本专利涉及一种高压、流体承载容器/储罐（包括低温）以及复合风力涡轮机叶片在发生损坏时可自我修复/修复的生产方法。储罐具有多种功能，例如密封和耐高压。在本专利范围内开发的由高强度纤维增强复合材料制成的低温液体/气体储罐包含不同几何形状和尺寸的自修复通道，用于在发生任何机械损坏时进行自我修复（修复）。这些通道还包含一种修复剂（树脂），该修复剂在低温和/或-80°C 至 148°C 之间以液态形式存在。连续通道包含带有自修复剂和硬化剂/活化剂材料的树脂。

在该专利技术的另一种实施中，硬化剂/活化剂材料以颗粒形式混合到形成复合材料的基质材料中，并分布到基质中。在该应用中，所有通道都含有可在 -80°C 至 148°C 之间以液态形式存在的修复剂（树脂）。因此，高强度复合结构内微通道中的低温和半低温化学树脂使油箱能够自发修复。 

在这方面，本专利涉及复合材料罐领域——例如液化天然气（LNG）、液化丙烷、氮气、氢气和类似气体和液体——在陆地和航空油轮（包括油轮船）运输和储存这些气体和液体，以及属于任何类别的交通工具（航天、火箭、船舶、汽车、铁路系统等领域）的氢燃料储存。因此，它涉及生产和制造具有自修复性能的所有类型的罐，包括但不限于上述行业。它也适用于海床和海底、商业和军用海底以及暴露于外部压力的水面车辆。

复合材料风力涡轮机叶片也可采用类似的应用。在叶片损坏的情况下，形成包含流体修复树脂的集成通道。

最终，这种自我修复功能可以降低运输或储存易燃易爆气体/液体时的安全风险，并可消除机械修复的需要。

编织长丝纱线以在纤维织物中形成微血管通道，用于生产纤维增强聚合物复合材料（PCT/TR2023/051362）

这种自修复方法还可以与在纤维织物编织过程中编织（或放置）细丝以在纤维增强聚合物复合材料中以规则间隔创建微血管通道有关。据说这种方法可以降低含有微血管通道的纤维基工业复合材料的生产成本，而不会降低材料的强度。

有几个应用领域。一个是生物医学应用，例如将一个或多个实验室功能集成在单个集成电路上的设备（芯片实验室）——从几毫米到几平方厘米——以实现自动化和高通量扫描。其他应用包括汽车、技术纺织品编织、一系列至关重要的复合材料设备和零件、可穿戴技术产品、电池等。

用于复合材料的含有单丝纱夹层的航空航天飞行器中的高强度纤维（PCT/TR2023/051491）

本发明涉及由聚酰胺/尼龙和衍生长丝/单丝纱线组成的夹层，这些纱线与高强度纤维一起制造，用于在航空和航天器中使用的关键复合材料部件中形成必要的微血管通道。它还适用于复合材料结构可用于相同目的的领域，通过将（聚酰胺/尼龙聚酰胺、尼龙衍生物等）单丝作为额外的中间层以固体/半固体/流体状态排列成层/网/板结构。

这些丝和/或层在编织后集成到编织物中或铺设在预浸料纤维上，在复合材料生产后可以轻松移除。因此，在复合材料结构中创建了微通道，可以通过这些微通道永久注入各种流体（包括自修复剂）。此外，这些微通道适用于任何气体或液体流体流动。