Experimental analysis of a self-healing ionomer in a tank with an internal aluminium filler

In the last fifteen years, the behaviour of self-healing ionomers after ballistic impact has been explored in different studies, considering different testing conditions and materials. In the present thesis, an experimental campaign was performed in water environment similar to what already done in precedent works for air. A Surlyn®8940 square panel 120 mm wide and with different thicknesses from 1 to 3 mm has been used during the tests. Impacts were performed with spherical steel balls of diameters ranging from 6 to 16.67 mm, accelerated to 180 m/s. Two configurations were explored. In the first one, a ionomer panel was mounted on one side of a special tank, equipped with pressure transducers in order to track the pressure wave due to the projectile impact. In the latter, an internal aluminium filler (Explosafe®) was placed inside the tank too. Results showed that the presence of the fluid increased the self-healing capabilities, which were however reduced by the internal aluminium filler. The contribution in terms of sloshing reduction due to Explosafe® was always relevant, while the pressure peak showed some opposite results and it was not possible to conclude that Explosafe® was always effective. Future applications encompass a wide range of products involving a fluid containment, from tyres or fuel tanks in the automotive field to pressurized systems or liquid tanks in the space field.

Il comportamento di ionomeri autoriparanti a seguito di impatto balistico è stato oggetto di diverse ricerche negli ultimi quindici anni. In tali studi, sono state considerate diverse condizioni di prova e anche diverse tipologie di materiali ionomerici. In questo lavoro di tesi, è stata svolta una campagna sperimentale su un unico tipo di ionomero, un prodotto della Dupont il cui nome commerciale è Surlyn® 8940, in una configurazione sperimentale il cui lato di uscita del proiettile era posto in contatto con acqua a temperatura ambiente. Il pannello di ionomero era di forma quadrata e con lato di 120 mm. Il suo spessore, invece, era variabile tra 1 e 3 mm. Gli impatti sono stati svolti con sfere d’acciaio di diametro variabile da 6 a 16.67 mm, alla velocità di 180 m/s. Il parametro caratteristico usato per studiare il comportamento autoriparante è rappresentato dal rapporto dei due parametri variabili: spessore del pannello e diametro del proiettile. Il serbatoio sperimentale era di circa 3 litri di capienza e di forma cilindrica. Su un lato di base del cilindro veniva posto il pannello di ionomero. Lungo il serbatoio sono stati inseriti dei sensori di pressione, al fine di misurare l’onda che si sviluppava all’interno a seguito dell’impatto. La riparazione in caso di acqua è stata pressoché istantanea e solamente alcuni getti di piccole dimensioni sono fuoriuscite dal foro di ingresso del proiettile nei primi millisecondi. Oltre alla configurazione classica con acqua nel serbatoio, è stato studiato il comportamento autoriparante nel caso in cui anche un riempitivo metallico, il cui nome commerciale è Explosafe®, era stato posto all’interno del serbatoio. I risultati hanno mostrato come, nel caso senza Explosafe, la riparazione si sia dimostrata più efficace rispetto alle condizioni di ionomero in aria. Tuttavia, nel caso con il riempitivo interno, le capacità di riparazione sono diminuite a livelli anche inferiori a quelli verificati in aria. Per quanto riguarda il fenomeno di sloshing, invece, Explosafe si è dimostrato molto efficace, ma i risultati sono stati contrastanti per quanto riguarda l’effettiva capacità di ridurre il valore di picco dell’onda di pressione negli istanti immediatamente successivi all’impatto. Possibili applicazioni pratiche di questi materiali riguardano principalmente sistemi adibiti al contenimento di fluidi, come per esempio serbatoi o pneumatici nel campo automobilistico, o sistemi di pressurizzazione di ambiente o serbatoi in ambito aeronautico e spaziale.