Hablemos de ciencia: un método de visualización para la estructura de compuestos reforzados para aeronaves
En la sección "Charla sobre ciencia" se propone discutir la mejora del método de visualización de materiales compuestos reforzados (compuestos) con nanofibras, lo que permite obtener y rastrear sustancias con propiedades verdaderamente únicas. En particular, estamos hablando de polímeros de refuerzo con fibra de carbono (CFRP), para lo cual es extremadamente importante controlar la orientación de las fibras dentro del material base.
Los polímeros reforzados con varias fibras se utilizan activamente hoy en día en las industrias automotriz y aeronáutica.
Por lo tanto, muchos fabricantes intentan transferir planeadores (alas) de aviones al campo de la producción de "fibra de polímero". Como resultado, dicho material reduce la masa total de la aeronave (vehículo aéreo no tripulado), al tiempo que aumenta su resistencia al estrés mecánico, incluido el esfuerzo axial resultante durante el exceso de maniobra.
Pero fue con la observación de la ubicación de las fibras, afectando (ubicación) las propiedades mecánicas y ópticas del material, que los científicos tuvieron problemas. Por lo general, se utilizaron fuentes de rayos X de alta resistencia para estos fines. Pero este tipo de radiación finalmente podría afectar a las nanofibras que estaban incrustadas en el polímero para cambiar sus propiedades. Para evitar tal influencia, era necesario lograr la visualización del proceso de una manera más simple. Una opción es usar tubos convencionales de rayos X.
Los científicos del instituto de investigación suizo Paul Scherrer (Zurich) tuvieron éxito en esto. Los investigadores han mejorado el método de dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) a tales parámetros que le permite "leer" datos sobre las estructuras y la ubicación de las fibras dentro del polímero. Este es un paso importante en el camino hacia cuando la muestra del material para la orientación de las fibras puede examinarse utilizando, como ya se señaló, una máquina de rayos X convencional, sin el uso de poderes extraordinarios.
Pero, ¿por qué solo es el primer paso?
El hecho es que el método SAXS convencional es extremadamente lento para la investigación en tiempo real. Por lo tanto, puede escanear una muestra de material en centímetros para el futuro ala de polímero de la aeronave en solo unas pocas horas. Si la operación se lleva a cabo más rápido, la resolución de la "imagen" será tan baja que será imposible (o extremadamente difícil) investigar la orientación de las fibras que contiene.
Para implementar el método actualizado, los especialistas suizos utilizan un conjunto de lentes de rayos X detrás de la muestra. Como resultado, se pueden trazar diagramas de dispersión, sobre la base de los cuales la computadora crea una interpretación visual de la estructura interna de la muestra. Además, en esta situación, una radiografía es suficiente. El método actualizado permite obtener proyecciones de rayos X de resolución relativamente alta con una frecuencia de cuadros 25 por segundo durante aproximadamente 11 segundos.
Los científicos creen que este método no solo rastreará la orientación de las mismas fibras de carbono en el polímero reforzado, sino que también programará esta orientación, seguida de una fijación precisa en la versión final del material. Por lo tanto, las propiedades mecánicas, ópticas, de temperatura y otras de la muestra se pueden configurar mediante programación con un control visual completo de la ejecución de este programa. A su vez, esto responderá a la pregunta, por ejemplo, sobre el cumplimiento de los parámetros del planeador de la aeronave con la tarea técnica antes de que finalmente se monte y pase todas las pruebas necesarias. Ayuda invaluable para diseñadores de aviones.
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