Nanotubos de carbono para la evaluación de la integridad estructural de uniones y reparaciones adhesivas de materiales compuestos de fibra de carbono

Abstract

La búsqueda constante de ahorros en peso y coste representa un objetivo claro y permanente en la industria aeroespacial actual. El desarrollo de componentes estructurales con altos niveles de integración constituye un aspecto fundamental, presentando desafíos muy interesantes a nivel de investigación. Este trabajo aborda uno de esos desafíos: la evaluación de la integridad estructural de uniones en estructuras altamente integradas. En este contexto y, particularmente en este trabajo, cuando se habla de uniones, se pone el foco en uniones adhesivas (copegadas o encoladas secundariamente con adhesivo "film") entre laminados de fibra de carbono. En el marco de las uniones adhesivas, el conocimiento del comienzo y la propagación de despegados son fundamentales para evitar el colapso o el fallo catastrófico final de las mismas. Por tanto, el desarrollo de una tecnología que garantice la detección y evaluación en tiempo real de comienzos de despegado y propagación, constituye un impulso a su implementación en componentes reales y a garantizar su fiabilidad. Establecidas las premisas anteriores, el dopado de adhesivos con nanotubos de carbono (CNT) aparece como un candidato potencial para alcanzar la finalidad antes mencionada. En los desarrollos aquí presentados se ha modificado un adhesivo "film" estructural empleado en la industria aeroespacial con nanotubos de carbono, con la finalidad de aumentar la conductividad eléctrica en las uniones adhesivas en que éste se integra. Dos métodos principales de modificación (denominados "método de impresión" y "método de máscara") han sido considerados, demostrando que la alta conductividad y la notable relación de forma de los CNT derivan en umbrales de percolación máximos all 0,1 % en peso. Las redes de CNT formadas internamente en el adhesivo proporcionan un comportamiento multifuncional al adhesivo, que posibilita, a partir de mediciones eléctricas, la evaluación de la integridad estructural de la unión mediante filosofía SHM (Monitorización de la Salud Estructural). Se ha demostrado que la aplicación de cargas sobre componentes estructurales con adhesivos dopados producen la aparición de defectos (cracks, delaminaciones,) o daños que incrementan la resistencia eléctrica del conjunto. Asimismo, la progresión de los citados defectos o daños puede ser monitorizada a nivel eléctrico y comparada con el comportamiento mecánico. El planteamiento anterior ha sido validado a nivel de probeta mediante la fabricación de las mismas y la ejecución de ensayos estándar (simple cortadura, doble cortadura y tenacidades a fractura GIC y GIIC). De igual forma, también se ha llevado a cabo una validación a nivel de panel mediante la fabricación de paneles de distintos tamaños en los que se han incluido reparaciones pegadas (tanto "scarf" como "stepped") estándares, ensayando finalmente uno de ellos. Conviene destacar que, tanto en el caso de probetas como en el caso de paneles, las propiedades mecánicas de las uniones dopadas mantienen los valores de referencia de uniones con adhesivos no modificados. Como conclusión final, cabe reseñar que la capacidad de aplicación de adhesivos "film" estructurales con capacidad de sensorización ha sido demostrada. De este modo, la evaluación de la integridad estructural de uniones (reparaciones) adhesivas estructurales utilizadas en la industria aeroespacial, sin penalizar las propiedades mecánicas, constituye una posibilidad real. Asimismo, destacar que se ha obtenido mediante patente, la protección intelectual tanto del adhesivo "film" dopado como del proceso de evaluación de la integridad estructural de uniones (reparaciones) adhesivas (patente española con número de publicación 2 574 443).