Reparar daños ocultos en el carbono

Sep 02, 2023

7 de agosto de 2023

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por la Universidad de Newcastle en Singapur

Un equipo de investigadores de Singapur y el Reino Unido, dirigido por el Dr. Wei Liang Lai, con su supervisor, el profesor asociado Kheng Lim Goh, ha desarrollado un dispositivo portátil para reparar daños difíciles de ver en materiales de fibra de carbono. El dispositivo tiene un gran potencial para la industria aeroespacial, como por ejemplo para reparar el fuselaje de aviones comerciales. Su trabajo ha sido publicado en la revista Polymers for Advanced Technologies.

Se ha creado un nuevo dispositivo portátil para reparar daños casi invisibles en materiales fabricados con fibra de carbono y epoxi. Los investigadores probaron este dispositivo en materiales con diferente número de capas, 16 y 24, y probaron tres tipos de adhesivos: epoxi normal, epoxi mezclado con partículas especiales llamadas nanotubos de halloysita (E1HNT) y epoxi mezclado con nanotubos de carbono (NF100, también conocido como como "NanoForce E100" de Nano-Tech SPA. Utilizaron tecnología infrarroja y pruebas de compresión para ver qué tan bien funcionaban las reparaciones.

Desafortunadamente, todos los materiales dañados eran mucho más débiles que los que no estaban dañados. Los investigadores descubrieron que la cantidad de capas del material era el factor más importante que afectaba el funcionamiento de la reparación. Para el material de 16 capas, usar epoxi regular o E1HNT al vacío funcionó mejor para restaurar sus propiedades elásticas, mientras que usar adhesivo E1HNT a presión atmosférica regular funcionó mejor para reparar sus fracturas.

Sin embargo, para el material de 24 capas, las reparaciones no le devolvieron completamente su resistencia original porque el daño era más complicado. Los investigadores discutieron qué métodos de reparación eran más eficaces para restaurar determinadas propiedades de los materiales.

Antes de este estudio, los investigadores habían estudiado las propiedades de diferentes tipos de resina para descubrir cuáles funcionarían mejor para reparar materiales compuestos dañados. Consideraron que los nanotubos de halloysita (HNT) y los nanotubos de carbono (CNT) se pueden mezclar con adhesivos para hacerlos mejores para fijar los materiales dañados. Sin embargo, necesitaban comprobar qué tan bien funcionaban estas mezclas de partículas y adhesivos, considerando factores como cómo se prepararon, los efectos de los tipos de partículas utilizadas y la cantidad de ellas que se agregaron.

Estudiaron dos adhesivos disponibles comercialmente, Epo-Tek 301 y NanoForce E100, y también prepararon mezclas de Epo-Tek 301 con diferentes cantidades de HNT y Epo-Tek 301 con CNT tratados y sin tratar.

Examinaron varias propiedades de estos adhesivos, incluida su fuerza (utilizando un probador micromecánico específico desarrollado conjuntamente por investigadores de Sensorcraft Technology (S) Pte Ltd y la Universidad de Newcastle en Singapur), qué tan bien se adherían a las cosas, sus rasgos físicos, como su extensión, su capacidad para soportar el calor y sus características químicas.

Los resultados mostraron que agregar un 1% de HNT a Epo-Tek 301 no cambió mucho sus propiedades, pero usar más HNT debilitó el adhesivo y cambió su comportamiento cuando se expuso al calor. Por otro lado, la adición de CNT no mejoró las propiedades del adhesivo. De hecho, los adhesivos con CNT se volvieron más espesos y es posible que no funcionen bien para reparar materiales compuestos, ya que es posible que no se filtren fácilmente en las áreas dañadas.

Por eso, a la hora de elegir un adhesivo para reparar materiales compuestos dañados, es importante elegir sabiamente teniendo en cuenta todos estos factores.

Más información: WL Lai et al, Enfoque de inyección de resina in situ para reparar laminados epoxi reforzados con fibra de carbono dañados por impactos apenas visibles: optimización de los parámetros de reparación utilizando el método Taguchi, Polymer Composites (2023). DOI: 10.1002/pieza.27327

Wei Liang Lai et al, Evaluación experimental de las propiedades mecánicas, físicas, térmicas y químicas de resinas epoxi reforzadas con haloisita y nanopartículas de carbono para aplicaciones de reparación, Polímeros para tecnologías avanzadas (2023). DOI: 10.1002/pat.6150

Proporcionado por la Universidad de Newcastle en Singapur.