Новый метод выявления микротрещин в пластмассе разработан учеными

23.09.2016, 05:20 Наука

Микроскопические щели в материале могут распространяться и вырасти в более крупные повреждения, которые могут разрушить пластмассы и композиционные материалы, используемые в самолетах, космических аппаратах, электронике или спортивном оборудовании. Новый, простой метод, представленный инженерами Университета Иллинойс в Урбана-Шампейн, использующий встроенные микрокапсулы, позволяет выявить невидимые трещины в самых разнообразных пластмассах.

По мнению ведущего разработчика Nancy R. Sottos, такая стратегия раннего предупреждения поможет экспертам заменить и вовремя отремонтировать критические компоненты, предупреждая катастрофу.

Микроскопические капсулы с различными материалами, давно используются при изготовлении пластмасс и электроники, обеспечивая свойства самовостановления. Некоторые исследователи пытались использовать эту технику для мониторинга конструкционных материалов на предмет повреждений. Как правило, микрокапсулы наполняются красителями или флуоресцентными молекулами, которые меняют цвет или производят свечение, когда вступают в реакцию с определенными функциональными группами в полимере. Но такие системы раннего предупреждения являются сложными или должны быть разработаны для каждого полимера или композиционного материала в отдельности.

Группа исследователей во главе с Sottos придумала простой метод, независимый от типа полимера. Они помещают в пластмассу микрокапсулы, заполненные молекулами, которые светятся сами по себе после освобождения. Малейшая трещина в пластике разрывает эти капсулы, заставляя их светится под ультрафиолетовым светом в течение долгого периода времени.

Технология использует полиуретановые капсулы около 110 мкм в ширину, заполненные раствором 1,1,2,2-tetraphenylethylene (TPE) в органическом растворителе. Молекулы TPE флуоресцируют при повреждении, которое разрывает капсулы. В этом случае, растворитель испаряется и молекулы образуют кристаллические отложения на оболочке капсулы, которые светятся под ультрафиолетовым светом.

Для тестирования метода, инженеры сделали покрытие из эпоксидной смолы, полиуретана, полидиметилсилоксана и других соединений, каждое из которых содержало 10% капсул. Царапины, сделанные лезвием не видны в видимом свете, но светились ярко-синим цветом при освещении ультрафиолетовой лампой. Исследователи смогли обнаружить трещины, размером меньше 2 мкм, спустя 40 дней после повреждения.