Une équipe du National Institute of Standards and Technology (NIST) a développé un outil pour surveiller les changements dans les matériaux composites largement utilisés connus sous le nom de polymères renforcés de fibres (FRP), qui peuvent être trouvés dans tout, de l'aérospatiale et des infrastructures aux éoliennes. Le nouvel outil, intégré à ces matériaux, peut aider à mesurer les dommages qui se produisent à mesure qu'ils vieillissent.

"Cela nous donne la possibilité de mieux nous développer, des composites plus résistants à la fatigue, " a déclaré le chimiste du NIST Jeff Gilman. "Nous pouvons voir quand la fibre commence à se casser. Nous avons maintenant un moyen de quantifier les dégâts."

Depuis les années 1960, les scientifiques ont expérimenté des moyens de rendre les PRF plus légers et plus solides. Cela impliquait souvent de tester la liaison entre la fibre et la résine. Comme indiqué dans une publication précédente, l'équipe du NIST a ajouté de petites molécules qui deviennent fluorescentes après l'impact d'une force mécanique. Ces molécules, appelés « mécanophores, " changer de couleur ou s'allumer, aider à identifier de minuscules ouvertures ou fissures de la taille d'un nanomètre entre la fibre et la résine.

L'équipe du NIST a fait passer cette technologie au niveau supérieur en incorporant le mécanophore dans toute la résine composite. Bien que non perceptible à l'œil nu, l'approche la plus récente permet aux scientifiques d'utiliser des techniques d'imagerie microscopiques spéciales pour mesurer les dommages causés par le PRF. L'approche incorpore une quantité infime (moins de 0,1% en masse) d'un colorant fluorescent appelé rhodamine qui ne provoque aucun changement appréciable dans les propriétés physiques du matériau.

Si le nouveau mécanophore est noyé dans des structures en FRP, des tests de fatigue sur le terrain pourraient être effectués à peu de frais et sur une base régulière. Les structures telles que les éoliennes pourraient fréquemment être scannées facilement à la recherche de fissures intérieures, même des années après leur érection.

Les premiers travaux avec ce nouvel outil ont également révélé une surprise concernant les dommages du FRP. Lorsqu'une fibre se casse, il envoie une sorte d'"onde de choc" qui se déplace dans tout le matériau, a expliqué Jérémie Woodcock, l'auteur principal d'un nouvel article sur le mécanophore publié dans Composites Science and Technology. Autrefois, on croyait que la plupart des dommages se produisaient au point de rupture.

« Nous avons pensé que lorsque nous avons regardé les résultats, il y aurait un halo de lumière autour de la fissure, montrant la fluorescence du mécanophore, " dit Woodcock. Au lieu de cela, ils ont découvert que les dommages se produisent dans des endroits très éloignés du point de rupture de la fibre. "C'est comme si nous étions au courant du tremblement de terre mais ne connaissions pas le tsunami qui a suivi."

La recherche sur les mécanophores du NIST a également révélé que les tests existants endommageaient involontairement la résistance du matériau. Cela a, à son tour, a conduit les concepteurs et les ingénieurs à surconcevoir les PRF. L'utilisation du mécanophore pourrait, donc, réduire les coûts d'énergie et de fabrication et augmenter les utilisations de ces matériaux dans l'industrie.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du NIST. Lisez l'histoire originale ici.