El principal problema en el ciclo de vida de una pieza es la rotura por fatiga, que finalmente se produce debido a la propagación de grietas. Mecánica de fractura avanzada, una ciencia relativamente nueva que profundiza en los mecanismos de formación y propagación de grietas. Afortunadamente, si bien ahora hay una variedad de escenarios para inspeccionar y tratar grietas en piezas hechas de aleaciones convencionales, no hay muchos que se puedan usar como pautas predeterminadas para otros materiales sin aleación. Cuando se trata de materiales compuestos en general, especialmente materiales tejidos y laminados, la mayoría de los métodos ideados para tratar las grietas en las aleaciones no se pueden aplicar sin causar daños significativos a la pieza. Afortunadamente, la comunidad de investigación e ingeniería está investigando formas innovadoras de abordar este problema, y una tecnología prometedora es el concepto de curación autónoma mediante compuestos autorreparables.
Material compuesto para la recuperación autonómica y la autorreparación
La rotura por delaminación y la delaminación son los escenarios más probables para los compuestos laminados y tejidos. El atornillado y el parcheo son formas comunes de reparar este tipo de daños, pero no restauran todas las propiedades del compuesto, pero crean su propio conjunto de problemas. Además de eso, tiene un costo en términos del tiempo y la experiencia necesarios para configurarlo.
La recuperación autónoma, o autorreparación, es un método de reparación de grietas en la superficie de propagación que utiliza el procedimiento de formación de matrices a escala microlocal. La técnica es bastante simple: las microcápsulas se introducen en la capa o tejido original para contener una resina primitiva o un catalizador. Cuando la grieta comienza a ensancharse, golpea la cápsula y libera resina y polimerizador. Cuando se mezcla, se forma un polímero que repara las grietas, las obstruye y detiene su propagación para evitar roturas. ¡Hola Presto, trabajo hecho!
Optimización adicional
En el caso de los composites estructurales, este concepto puede optimizarse aún más colocando microcápsulas en áreas críticas de desgaste con un apilamiento y colocación ordenados, así como una comprensión de las cargas aplicadas. Los estudios realizados hasta ahora han demostrado una recuperación que oscila entre el 20% y casi el 50% del impacto de la grieta cuando la polimerización se produce a temperatura ambiente. Si aumentas el calor, la recuperación será de hasta el 80%.
Si bien no se puede esperar que las piezas estén constantemente inmersas en un entorno entre 80 °C y 100 °C, hay dos factores que en realidad proporcionan una cantidad localizada de calor y ayudan a las áreas microlocalizadas de grietas. Una de las propiedades de los polímeros es el autocalentamiento debido a la fatiga, y la formación y propagación de grietas es una acción exotérmica que proporciona calor local a las puntas y superficies de las grietas.
Además, hay otra cara de esta técnica evolutiva: su ubicación en la microcápsula y en el complejo en su conjunto cambia inevitablemente sus propiedades primitivas. Por lo tanto, el material no proporciona la misma tenacidad que se esperaría en un estado no reforzado. Además de eso, la dispersión de resinas y productos químicos a lo largo de las dimensiones dentro de un compuesto puede ser difícil de manejar y debe analizarse por sí sola para determinar la propagación y las dimensiones óptimas. Estos análisis suelen implicar cambios en el propio compuesto, como cambios en el grosor de las capas o en la composición del tejido.
El compromiso necesario en los composites autorreparables
La autocuración requiere mucho compromiso cuando se trata de grietas masivas. Actualmente, la principal vía de investigación es la aplicación de la tecnología a nivel microscópico. El tratamiento de las microfisuras elimina las grietas en su origen, pero no requiere altas concentraciones de microcápsulas ni mucha difusión. Además, las propiedades del compuesto autorreparable serán más cercanas al original y no se requerirán cambios en la composición.
Sin embargo, el microfisurado requiere un enfoque micromecánico, y la micromecánica es un campo aún más nuevo que la mecánica de fracturas. Los investigadores todavía están desarrollando técnicas para estudiar estructuras heterogéneas y describir con precisión sus propiedades. Con el fin de mejorar los composites autorreparables y compensar sus deficiencias, el estudio de las microfisuras, la optimización de las dimensiones, la concentración o la extensión de las microcápsulas son los principales retos que tenemos por delante. Todo esto depende, en última instancia, de nuestra comprensión de la micromecánica detrás de la estructura, que también es un área en la que aún no hemos ampliado nuestros conocimientos. En general, los compuestos autorreparables son muy útiles, pero se están reestudiando más investigaciones para aprovechar al máximo esta rama de la ingeniería mecánica.