現代工程技術要求材料不僅要能夠維持形狀，還必須具備輕便性和卓越的強度，能夠承受極端高溫，並具有在受損後能夠恢復功能的韌性。在航空航天、國防和汽車等行業中，這些材料的應用可能意味著更安全的交通工具、更長的使用壽命以及更少的環境浪費。德克薩斯農工大學的研究人員最近在這方面邁出了重要一步，發現了一種名為芳香族熱固性共聚酯（Aromatic Thermosetting Copolyester，簡稱 ATSP）的新材料。這種超耐用、可回收的塑料不僅能夠自我修復，還能夠恢復其形狀，並在重複使用中保持強度。這項發現可能為高性能製造設立新的可靠性和可持續性標準。
該項目得到了美國國防部的支持，聚集了德克薩斯農工大學和塔爾薩大學的航空航天工程和材料科學專家。負責該工作的德克薩斯農工大學航空航天工程教授穆罕默德·納拉吉（Dr. Mohammad Naraghi）與塔爾薩大學的安德烈亞斯·波利卡普（Dr. Andreas Polycarpou）共同進行了研究。他們研究了 ATSP 在極端壓力、高溫和重複損傷下的性能。納拉吉指出，航空航天材料必須能夠承受高溫和衝擊，而不會影響安全性。ATSP 內部的鍵結交換使其在受損後能夠實現「按需自我修復」。這種材料在汽車領域也展現出良好的潛力。它在碰撞後能夠恢復形狀的能力，有助於提升乘客安全並減少零件更換的需求。
與傳統塑料不同，ATSP 可以重複回收，對於希望減少廢物而不影響性能的行業來說，這使其更具吸引力。納拉吉解釋道，加強型的 ATSP 能夠被壓碎、重塑並在多個循環中重新使用，而不會喪失其化學特性或耐用性。當與碳纖維結合時，ATSP 的強度比鋼高出數倍，同時仍然比鋁輕。這種強度與輕便性的結合，使其成為高性能應用的理想候選材料，尤其是在每公斤都至關重要的場合。
該團隊使用循環蠕變測試來檢測 ATSP 在重複拉伸期間儲存和釋放應變能量的能力。他們確定了兩個關鍵溫度點：玻璃轉變溫度，當聚合物鏈更自由移動時，以及玻璃化溫度，當鍵結激活到足以實現重塑和修復時。在深周期彎曲疲勞測試中，樣品被加熱至 160 °C 以觸發修復。ATSP 在數百次壓力加熱循環中表現良好，甚至在修復後的耐用性也有所提升。納拉吉將這一過程比作皮膚的伸展、癒合和恢復原狀。在更嚴苛的試驗中，該材料經歷了五次高達 280 °C 的重度損傷-加熱循環。在兩次循環後，其強度幾乎恢復到原始狀態。第五次循環後，由於機械疲勞效率下降至約 80%，但化學穩定性仍然完好。影像顯示修復後的複合材料與其原始結構非常接近，僅有輕微的製造缺陷磨損。
該研究得到了美國空軍科學研究處（AFOSR）的資助，並與 ATSP Innovations 一同進行。納拉吉對這些合作夥伴的支持表示感謝，這些合作幫助將研究興趣轉化為實際應用。這些研究結果預示著未來高性能塑料不僅能夠在惡劣環境中生存，還能夠適應和從損傷中恢復，重新塑造對強度、安全性和可持續性的期望。這項研究的成果已發佈於《高分子學》和《複合材料期刊》。
