Multiple repair cycles of Kevlar reinforced vitrimers composites

The nowadays huge request increase of high-performance material increases the composites demand. A great knowledge in composite manufacturing techniques and properties is achieved, thus research is focusing on their end-of-life, through a circular economy approach. Recycling methods (chemical, mechanical and thermal) and repairing (patch, scarf repair etc.) are the actual solutions used on the market. Associative covalent adaptable networks, colloquially named vitrimers, are paving the way for self-healing composites, in order to prolong product life. In this study, the healing efficiency after impact induced delamination of Kevlar reinforced vitrimer- based composite is investigated. Samples underwent to low-velocity-impact to create delamination; then different healing cycles after impact are performed to evaluate differences in mechanical properties with healing cycles. Finally, results of ultimate residual compression strength are compared based on compression after impact test. Visual inspection reveals a successful repairing of impact induced delamination, both with one and two healing cycles. An healing efficiency of 136% is found, which represents a valuable proof of vitrimer repairing capability. Variables and parameters are discussed, thus further improvements are proposed for improving vitrimer based composite research.

Oggigiorno, la grande crescita della richiesta di materiali ad alta performance innalza il bisogno e la domanda di materiali compositi. Una buona conoscenza sulle tecniche di produzione e sulle proprietà dei compositi è stata raggiunta, quindi ora la ricerca si focalizza maggiormente sullo studio del loro fine vita, sfruttando i principi dell’economia circolare. I metodi di riciclo (chimico, meccanico e termico) e di riparazione (patch, scarf repairing etc.) sono le soluzioni adottate attualmente sul mercato. Legami covalenti adattabili, con carattere associativo (colloquialmente chiamati vetrimeri), stanno spianando la strada nella ricerca dei materiali compositi autoriparanti, al fine di prolungare la loro vita di servizio. In questo studio è analizzato l’efficienza di riparazione post-impatto di materiali compositi con matrice vitrimerica e rinforzati con Kevlar. I campioni sono sottoposti ad un impatto a bassa velocità, di moda da creare delaminazione; dopodiché sono effettuati più cicli di riparazione per valutare l’andamento delle proprietà meccaniche all’aumentare dei cicli. Infine, basandosi su testi di compressione post-impatto, i risultati della resistenza residua a compressione sono comparati. Dall’analisi visiva si evince che l’area delaminata è riparata con successo sia con uno che con due cicli di riparazione. L’efficienza di riparazione è calcolata, e nel miglior caso ammonta al 136%. Questo risultato rappresenta una prova valida delle capacità dei compositi a base vitrimerica di poter essere riparati. Le variabili e i parametri sono poi discussi, con una successiva analisi dei possibili miglioramenti che possono essere apportati per accrescere la conoscenza su questa nuova classe di materiali.