Characterization of the self-healing behavior of a supramolecular elastomer for space applications

The new challenges that man is facing in the space exploration are pushing scientists to take more and more into consideration the study and development of self-healing materials for practical applications. In the last few decades there has been a great deal of interest fomented by the particular characteristics of these materials: the self-healing properties allow to increase the duration of the components, to reduce replacement costs and to improve safety, factors which are extremely important in the space sector. The use of these materials will allow the construction of structures and suits capable of repairing damage autonomously, and will therefore allow astronauts to face longer missions, making the activity in space safer and more independent from human intervention. This work aims to analyze the self-healing characteristics of the Reverlink®elastomer produced by the Arkema company, under various water content conditions. Differential Scanning Calorimetry (DSC) and puncture test were carried out on the material which required a previously designed and used apparatus. The material was previously subjected to a drying step to allow the elimination of the water in the sample. Two specimen configurations were tested: in the first one the material was inserted between two vacuum bag layers while in the second one the external bladder was replaced by a Kevlar®. Multiple system set-ups were used for each test: two 2 mm diameter puncheons were used, one of which followed the geometries of the ASTM standard for the characterization of polymeric materials. Two different geometric configurations were also used for the head of the test device's cylindrical vessel. The system was pressurized at 0.3 relative bar to reproduce the conditions inside the spacesuit. The test consists in studying the air flow generated after the puncture of the sample under examination. The results were analyzed and compared with those present in the literature. Finally the trend of the hole area for each test was calculated by using an analytical model. The results revealed an overall improvement in the self-healing properties of the polymer with reduced water content. Taking as a basis the observations made in this work it will be possible to carry out further characterization tests of the material.

Le nuove sfide che si sta ponendo l'uomo nell'ambito dell'esplorazione dello spazio stanno spingendo gli scienziati a prendere sempre più in considerazione lo studio e lo sviluppo dei materiali autorigeneranti per applicazioni pratiche. Negli ultimi decenni c'è stato un grande interesse fomentato dalle particolari caratteristiche di questi materiali: le proprietà autorigeneranti permettono di aumentare la durata dei componenti, di ridurre i costi di sostituzione e di migliorare la sicurezza, fattori che in ambito spaziale sono di estrema importanza. L'utilizzo di questi materiali permetterà la costruzione di strutture e tute in grado di riparare autonomamente i danni, e consentirà quindi agli astonauti di affrontare missioni più lunghe, rendendo la attività nello spazio più indipendenti dall'intervento umano e più sicure. Questo lavoro ha come obiettivo quello di analizzare le caratteristiche autoriparanti dell'elastomero Reverlink®prodotto dall'azienda Arkema, in diverse condizioni di contenuto d'acqua. Sul materiale sono stati effettuati un'analisi termica differenziale (DSC) e un test di foratura per il quale è stato necessario utilizzare un apparato precedentemente progettato. Il materiale è stato inizialmente sottoposto ad una fase di essiccazione per consentire l'eliminazione dell'acqua presente nel campione. Sono state testate due configurazioni del provino: nella prima il materiale è stato inserito tra due strati di sacco da vuoto mentre nel secondo il bladder esterno è stato sostituito dal Kevlar®. In ogni prova è stato modificato il set-up del sistema: sono stati utilizzati due punzoni di 2 mm di diametro, uno dei quali rispetta le geometrie dello standard ASTM per la caratterizzazione dei materiali polimerici, e due differenti geometrie della testa del cilindro di prova. Il sistema è stato pressurizzato a 0.3 bar relativi per riprodurre le condizioni interne alla tuta spaziale. Il test consiste nello studio dell'andamento della portata successivamente alla foratura del campione in esame. I risultati sono stati analizzati e confrontati con quelli presenti in letteratura. Infine è stato calcolato l'andamento dell'area dei fori di ciascun test mediante l'utilizzo di un modello analitico. Dai risultati è emerso un miglioramento complessivo delle proprietà autoriparanti del polimero con contenuto di acqua ridotto. Prendendo come base le osservazioni fatte in questo lavoro sarà possibile effettuare ulteriori test di caratterizzazione del materiale.