Riparare i danni nascosti nel carbonio

7 agosto 2023

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dall'Università di Newcastle a Singapore

Un team di ricercatori di Singapore e del Regno Unito, guidato dal dottor Wei Liang Lai, con supervisore, il professore associato Kheng Lim Goh, ha sviluppato un dispositivo portatile per riparare danni difficili da vedere nei materiali in fibra di carbonio. Il dispositivo ha un grande potenziale per l'industria aerospaziale, ad esempio per riparare la fusoliera degli aerei commerciali. Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista Polymers for Advanced Technologies.

È stato creato un nuovo dispositivo portatile per riparare danni quasi invisibili su materiali realizzati in fibra di carbonio e resina epossidica. I ricercatori hanno testato questo dispositivo su materiali con un numero diverso di strati, 16 e 24, e hanno provato tre tipi di adesivi: epossidico normale, epossidico miscelato con particelle speciali chiamate nanotubi di halloysite (E1HNT) e epossidico miscelato con nanotubi di carbonio (NF100, noto anche come "NanoForce E100" di Nano-Tech SPA. Hanno utilizzato la tecnologia a infrarossi e test di compressione per vedere se le riparazioni funzionavano bene.

Sfortunatamente, tutti i materiali danneggiati erano molto più deboli di quelli non danneggiati. I ricercatori hanno scoperto che il numero di strati del materiale era il fattore più importante che influenzava l’efficacia della riparazione. Per il materiale a 16 strati, l'utilizzo di una normale resina epossidica o E1HNT sotto vuoto ha funzionato meglio per ripristinare le sue proprietà elastiche, mentre l'uso dell'adesivo E1HNT a normale pressione atmosferica ha funzionato meglio per riparare le sue fratture.

Tuttavia, per il materiale a 24 strati, le riparazioni non hanno riportato del tutto la sua resistenza originaria perché il danno era più complicato. I ricercatori hanno discusso quali metodi di riparazione fossero più efficaci per ripristinare determinate proprietà dei materiali.

Prima di questo studio, i ricercatori avevano studiato le proprietà di diversi tipi di resina per scoprire quale avrebbe funzionato meglio per riparare i materiali compositi danneggiati. Hanno preso in considerazione i nanotubi di halloysite (HNT) e i nanotubi di carbonio (CNT) che possono essere miscelati negli adesivi per renderli più adatti al fissaggio dei materiali danneggiati. Tuttavia, avevano bisogno di verificare le prestazioni di queste miscele di particelle e adesivo, considerando fattori come il modo in cui sono state preparate, gli effetti dei tipi di particelle utilizzate e la quantità di queste aggiunte.

Hanno studiato due adesivi disponibili in commercio, Epo-Tek 301 e NanoForce E100, e hanno anche preparato miscele di Epo-Tek 301 con diverse quantità di HNT ed Epo-Tek 301 con CNT trattati e non trattati.

Hanno esaminato varie proprietà di questi adesivi, inclusa la loro forza (utilizzando un tester micromeccanico dedicato sviluppato congiuntamente dai ricercatori di Sensorcraft Technology (S) Pte Ltd e Newcastle University di Singapore), quanto bene aderivano alle cose, i loro tratti fisici come come si diffondono, la loro capacità di gestire il calore e le loro caratteristiche chimiche.

I risultati hanno mostrato che l'aggiunta dell'1% di HNT a Epo-Tek 301 non ha cambiato molto le sue proprietà, ma l'utilizzo di più HNT ha reso l'adesivo più debole e ne ha modificato il comportamento quando esposto al calore. D'altra parte, l'aggiunta di CNT non ha migliorato le proprietà dell'adesivo. In effetti, gli adesivi con CNT sono diventati più spessi e potrebbero non funzionare bene per riparare materiali compositi poiché potrebbero non penetrare facilmente nelle aree danneggiate.

Pertanto, quando si sceglie un adesivo per riparare materiali compositi danneggiati, è importante scegliere con saggezza considerando tutti questi fattori.

Maggiori informazioni: WL Lai et al, Approccio con iniezione di resina in situ per riparare laminati epossidici rinforzati con fibra di carbonio danneggiati da impatti appena visibili: ottimizzazione dei parametri di riparazione utilizzando il metodo Taguchi, Polymer Composites (2023). DOI: 10.1002/pz.27327