They developed a material capable of self-healing more than 1,000 times/Desarrollaron un material capaz de autorrepararse más de 1.000 veces
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A team of engineers from North Carolina State University (USA) has presented a new composite material that can repair itself more than 1,000 times. This breakthrough addresses a decades-old structural problem and promises to extend the life of key components by centuries rather than decades. The material is a fiber reinforced polymer (FRP) composite. These are the light and strong "supermaterials" used in airplanes, cars, wind turbines and spacecraft.
Un equipo de ingenieros de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (EE. UU.) ha presentado un nuevo material compuesto que puede repararse a sí mismo más de 1.000 veces. Este avance aborda un problema estructural de décadas y promete extender la vida útil de componentes clave de siglos en lugar de décadas. El material es un compuesto de polímero reforzado con fibra (FRP, por sus siglas en inglés). Estos son los "supermateriales" ligeros y resistentes que se usan en aviones, coches, turbinas eólicas y naves espaciales.
The great historical Achilles heel of this material is a failure called interlaminar delamination. It is a process in which, after multiple efforts or impacts, small cracks appear between the layers of the material that, over time, grow and cause the layers to separate from each other, seriously compromising their resistance. This problem has existed since the 1930s and limits the service life of conventional FRP to only 15 to 40 years. This new material is designed specifically to combat this weak point.
El gran talón de Aquiles histórico de este material es un fallo llamado delaminación interlaminar. Se trata de un proceso en el que, tras múltiples esfuerzos o impactos, aparecen pequeñas grietas entre las capas del material que, con el tiempo, crecen y hacen que las capas se separen unas de otras, comprometiendo gravemente su resistencia. Este problema ha existido desde la década de 1930 y limita la vida útil de los FRP convencionales a solo entre 15 y 40 años. Este nuevo material está diseñado específicamente para combatir este punto débil.
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The ability to self-heal is not magic, but the result of two key innovations built into the material itself. On the one hand, between traditional fiber layers, engineers have 3D printed a middle layer with a specific pattern made of a thermoplastic polymer called EMAA. This material not only acts as a repair agent, but makes the composite 2 to 4 times more resistant to delamination from the start. On the other hand, very thin carbon-based heating layers have also been embedded within the compound.
La capacidad de autorreparación no es magia, sino el resultado de dos innovaciones clave integradas en el propio material. Por un lado, entre las capas de fibra tradicionales, los ingenieros han impreso en 3D una capa intermedia con un patrón específico hecha de un polímero termoplástico llamado EMAA. Este material no solo actúa como un agente de reparación, sino que desde el principio hace que el compuesto sea entre 2 y 4 veces más resistente a la delaminación. Por otro lado dentro del compuesto también se han incrustado unas finísimas capas calefactoras a base de carbono.
The repair process works as follows: When a crack is detected or maintenance is scheduled, an electrical current is applied to the carbon layers. These layers are heated, melting the EMAA layer, the molten polymer flows into the cracks and microfractures, filling them. Upon cooling, EMAA solidifies again, "welding" the damaged layers and restoring the structural integrity of the material. Researchers call it "thermal recomposition," and it's a process that can be activated on demand, either following damage (such as a hail storm) or during scheduled maintenance.
El proceso de reparación funciona como sigue: Cuando se detecta una grieta o se programa un mantenimiento, se aplica una corriente eléctrica a las capas de carbono. Estas capas se calientan, fundiendo la capa de EMAA, el polímero fundido fluye hacia las grietas y microfracturas, rellenándolas. Al enfriarse, el EMAA se solidifica de nuevo, "soldando" las capas dañadas y restaurando la integridad estructural del material. Los investigadores lo llaman "recomposición térmica" y es un proceso que puede activarse bajo demanda, ya sea tras un daño (como una tormenta de granizo) o durante un mantenimiento programado.
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The main promise of this material is to drastically reduce the need to replace components, which translates into enormous savings in costs, energy and industrial waste. The researchers tested it in the laboratory with an automated system that applied 1,000 consecutive cycles of fracture and repair at the same point for 40 days, and the material passed the test successfully. Based on these results, the potential applications are revolutionary such as increasing safety and reducing maintenance on wings and fuselages, repairing internal damage that is difficult to detect.
La principal promesa de este material es reducir drásticamente la necesidad de reemplazar componentes, lo que se traduce en un enorme ahorro de costes, energía y residuos industriales. Los investigadores lo probaron en laboratorio con un sistema automatizado que aplicó 1.000 ciclos consecutivos de fractura y reparación en el mismo punto durante 40 días, y el material superó la prueba con éxito. Basándose en estos resultados, las aplicaciones potenciales son revolucionarias como Aumentar la seguridad y reducir el mantenimiento en alas y fuselajes, reparando daños internos difíciles de detectar.
It could also solve the problem of turbine blades, which are very difficult to recycle and replace. They could be repaired in situ for decades. But aeronautics is perhaps the most promising field, in spacecraft or satellites, where manual repair is impossible, this material would allow "healing" damage from micrometeorites autonomously. The estimates are staggering. According to the researchers, if a component required a quarterly repair, it could last 125 years and if it only needed an annual repair, its useful life would be extended to 500 years.
También podría solucionar el problema de las palas de turbinas, que son muy difíciles de reciclar y reemplazar. Podrían repararse in situ durante décadas. Pero la aeronáutica es quizás el campo más prometedor, en naves espaciales o satélites, donde una reparación manual es imposible, este material permitiría "curar" daños por micrometeoritos de forma autónoma. Las estimaciones son asombrosas. Según los investigadores, si un componente requiriera una reparación trimestral, podría durar 125 años y si solo necesitara una reparación anual, su vida útil se extendería hasta 500 años.
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https://www.ecoticias.com/en/engineers-have-developed-a-material-capable-of-self-repairing-more-than-1000-times-which-promises-to-extend-the-service-life-of-key-components-in-airplanes-cars-and-wind-turbines-for-centuries/30800/