Un equipo del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST ha desarrollado una herramienta para monitorear cambios en materiales compuestos ampliamente utilizados conocidos como polímeros reforzados con fibra FRP, que se pueden encontrar en todo, desde aeroespacial e infraestructura hasta turbinas eólicas.La nueva herramienta, integrada en estos materiales, puede ayudar a medir el daño que ocurre a medida que envejecen.
"Esto nos da la capacidad de desarrollar mejores compuestos más resistentes a la fatiga", dijo el químico Jeff Gilman del NIST. "Podemos ver cuándo la fibra comienza a romperse. Ahora tenemos una forma de cuantificar el daño".
Desde la década de 1960, los científicos han estado experimentando formas de hacer que los FRP sean más ligeros y fuertes. Esto a menudo ha significado probar el enlace entre fibra y resina. Como se informó en una publicación anterior, el equipo del NIST agregó pequeñas moléculas que fluorescen después del impacto defuerza mecánica. Estas moléculas, llamadas "mecanóforos", cambian de color o se iluminan, lo que ayuda a identificar pequeñas aberturas o grietas de tamaño nanométrico entre la fibra y la resina.
El equipo del NIST ha llevado esta tecnología al siguiente nivel al incorporar el mecanóforo en toda la resina compuesta. Aunque no se nota a simple vista, el enfoque más reciente permite a los científicos utilizar técnicas especiales de imágenes de microscopía para medir el daño de FRP. El enfoque incorpora uncantidad mínima menos del 0.1% de masa de un tinte fluorescente llamado rodamina que no causa cambios apreciables en las propiedades físicas del material.
Si el nuevo mecanóforo está incrustado en estructuras hechas de FRP, las pruebas de campo para la fatiga podrían realizarse de forma económica y regular. Estructuras como las turbinas eólicas con frecuencia se pueden escanear fácilmente para detectar grietas en el interior, incluso años después de haber sido erigidas.
El trabajo inicial con esta nueva herramienta también reveló una sorpresa sobre el daño de FRP. Cuando una fibra se rompe, envía una especie de "onda de choque" que se mueve por todo el material, explicó Jeremiah Woodcock, autor principal de un nuevo artículo sobre elMecanóforo publicado en Composites Science and Technology. En el pasado, se creía que la mayor parte del daño estaba ocurriendo en el punto de rotura.
"Pensamos que cuando miramos los resultados, habría un halo de luz alrededor de la grieta, que muestra la fluorescencia del mecanóforo", dijo Woodcock. En cambio, descubrieron que el daño se produce en lugares muy alejados deel punto de fractura de fibra: "Es como si supiéramos sobre el terremoto pero no supiéramos sobre el tsunami que sigue después de él"
La investigación del mecanóforo del NIST también descubrió que las pruebas existentes dañaban involuntariamente la resistencia del material. Esto, a su vez, llevó a los diseñadores e ingenieros a diseñar en exceso los FRP. Por lo tanto, el uso del mecanóforo podría reducir los costos de energía y fabricación y aumentar las formas en que estoslos materiales se usan en la industria.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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