I compositi a matrice di resina rinforzata con fibra di carbonio mostrano una resistenza specifica e una rigidità migliori rispetto ai metalli, ma sono soggetti a rottura per fatica.Il valore di mercato dei compositi a matrice di resina rinforzata con fibra di carbonio potrebbe raggiungere i 31 miliardi di dollari nel 2024, ma il costo di un sistema di monitoraggio della salute strutturale per rilevare i danni da fatica potrebbe superare i 5,5 miliardi di dollari.
Per affrontare questo problema, i ricercatori stanno esplorando nanoadditivi e polimeri autoriparanti per impedire la propagazione delle crepe nei materiali.Nel dicembre 2021, i ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute dell’Università di Washington e dell’Università di tecnologia chimica di Pechino hanno proposto un materiale composito con una matrice polimerica simile al vetro in grado di invertire i danni da fatica.La matrice del composito è composta da resine epossidiche convenzionali e resine epossidiche speciali chiamate vitrimeri.Rispetto alla normale resina epossidica, la differenza fondamentale tra l'agente vetrificante è che quando riscaldato al di sopra della temperatura critica, si verifica una reazione di reticolazione reversibile e ha la capacità di autoripararsi.
Anche dopo 100.000 cicli di danneggiamento, la fatica nei compositi può essere invertita mediante riscaldamento periodico fino a un tempo appena superiore a 80°C.Inoltre, sfruttando le proprietà dei materiali in carbonio di riscaldarsi quando esposti a campi elettromagnetici RF è possibile sostituire l’uso di riscaldatori convenzionali per riparare selettivamente i componenti.Questo approccio affronta la natura “irreversibile” del danno da fatica e può invertire o ritardare il danno composito indotto dalla fatica quasi indefinitamente, prolungando la vita dei materiali strutturali e riducendo i costi operativi e di manutenzione.
LA FIBRA DI CARBONIO/CARBURO DI SILICIO PUÒ RESISTERE A TEMPERATURE ELEVATE DI 3500 °C
Lo studio concettuale “Interstellar Probe” della NASA, condotto dal Laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University, sarà la prima missione ad esplorare lo spazio oltre il nostro sistema solare, richiedendo viaggi a velocità più elevate rispetto a qualsiasi altro veicolo spaziale.Lontano.Per essere in grado di raggiungere distanze molto lunghe a velocità molto elevate, le sonde interstellari potrebbero dover eseguire una “manovra di Obers”, che farebbe oscillare la sonda vicino al sole e sfrutterebbe la gravità solare per catapultare la sonda nello spazio profondo.
Per raggiungere questo obiettivo, è necessario sviluppare un materiale leggero e resistente alle temperature ultra elevate per lo schermo solare del rilevatore.Nel luglio 2021, lo sviluppatore americano di materiali ad alta temperatura Advanced Ceramic Fiber Co., Ltd. e il laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University hanno collaborato per sviluppare una fibra ceramica leggera e ad altissima temperatura in grado di resistere a temperature elevate di 3500 ° C.I ricercatori hanno convertito lo strato esterno di ciascun filamento di fibra di carbonio in un carburo metallico come il carburo di silicio (SiC/C) attraverso un processo di conversione diretta.
I ricercatori hanno testato i campioni utilizzando test di fiamma e riscaldamento sotto vuoto, e questi materiali hanno mostrato il potenziale di materiali leggeri e a bassa pressione di vapore, estendendo l’attuale limite superiore di 2000°C per i materiali in fibra di carbonio e mantenendo una certa temperatura a 3500°C.Resistenza meccanica, se ne prevede l'utilizzo in futuro nello schermo solare della sonda.
Orario di pubblicazione: 18 luglio 2022