El daño que se desarrolla en un material puede ser difícil de ver hasta que algo se rompe o falla. Un nuevo sistema de indicación de daños de polímero resalta automáticamente las áreas agrietadas, rayadas o estresadas, lo que permite a los ingenieros abordar las áreas problemáticas antes de que se vuelvan más problemáticas.
El sistema de alerta temprana sería particularmente útil en aplicaciones como tuberías de petróleo, transporte aéreo y espacial y automóviles, aplicaciones en las que la falla de una parte podría tener ramificaciones costosas que son difíciles de reparar. Dirigido por U. of I.la profesora de ingeniería Nancy Sottos y el profesor de ingeniería aeroespacial Scott White, los investigadores publicaron su trabajo en la revista Materiales avanzados .
"Los polímeros son susceptibles a daños en forma de pequeñas grietas que a menudo son difíciles de detectar. Incluso a escalas pequeñas, el daño por grietas puede comprometer significativamente la integridad y la funcionalidad de los materiales de polímeros", dijo Sottos. "Desarrollamos un método muy simple peromaterial elegante para indicar de forma autónoma daños mecánicos ".
Los investigadores incorporaron pequeñas microcápsulas de un tinte sensible al pH en una resina epoxi. Si el polímero forma grietas o sufre un rasguño, estrés o fractura, las cápsulas se rompen. El tinte reacciona con el epoxi y provoca un cambio dramático de coloramarillo claro a rojo brillante: no se requieren químicos ni activadores adicionales.
Cuanto más profundo es el rasguño o la grieta, más microcápsulas se rompen y más intenso es el color. Esto ayuda a evaluar la extensión del daño. Aun así, pequeñas grietas microscópicas de solo 10 micrómetros son suficientes para causar un cambio de color,informar al usuario que el material ha perdido parte de su integridad estructural.
"La detección de daños antes de que ocurra corrosión significativa u otros problemas proporciona una mayor seguridad y confiabilidad para las estructuras recubiertas y los compuestos", dijo White. White y Sottos están afiliados al Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la U. de I.
Los investigadores demostraron que el sistema de indicación de daños funcionó bien para una variedad de materiales poliméricos que se pueden aplicar para recubrir diferentes sustratos, incluidos metales, polímeros y vidrios. También descubrieron que el sistema tiene estabilidad a largo plazo, sin fugas de microcápsulasproduce falsos positivos y no se desvanece el color.
Además de evitar fallas imprevistas y costosas, otra ventaja económica del sistema de microcápsulas es el bajo costo, dijo Sottos.
"Un polímero solo necesita un 5 por ciento de microcápsulas para exhibir una excelente capacidad de indicación de daño", dijo Sottos. "Es rentable adquirir esta capacidad de autoinforme".
Ahora, los investigadores están explorando otras aplicaciones para el sistema indicador, como aplicarlo a compuestos reforzados con fibra, así como integrarlo con el trabajo previo del grupo en sistemas de autocuración.
"Imaginamos que esta capacidad de autoinforme se puede combinar perfectamente con otras funciones, como la autocuración y la protección contra la corrosión, tanto para informar como para reparar daños", dijo Sottos. "Se está trabajando para combinar la capacidad de detectar nuevos daños confuncionalidad de autocuración y una indicación secundaria que revela que se ha producido la curación de grietas "
El Centro Internacional de Materiales Avanzados de BP apoyó este trabajo. El investigador postdoctoral Wenle Li fue el primer autor del trabajo, y los estudiantes graduados Christopher Matthews, Michael Odarczenko y Ke Yang fueron coautores.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Original escrito por Liz Ahlberg. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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