Self-healing ionomer based systems for aerospace applications

In recent years one of the most attractive topics in material science is the study of self-healing materials. Many researchers are working on this matter and different approaches have been developed to obtain new polymeric materials with self-healing ability. Thermoplastic polymers as ethylene-co-methacrylic acid based ionomers have shown a self-healing behaviour after high-energy impacts, however the exact relationship between the polymer physical properties and the repairing efficiency is still unclear. In this research the self-healing feature exhibited by this particular class of polymers has been extensively studied and critical parameters for an efficient damage repair were identified. Moreover, series of physical experiments aimed to the understanding of the correlation between polymer structure/properties and self-healing behaviour were carried out. In view of an extension of the property ranges required in different potential applications, new polymeric systems have been prepared and tested under different impact conditions. In particular multilayer systems incorporating one or more self-healing layers and polymeric blends, both based on an ethylene-co-methacrylic acid ionomer, were designed. Finally, the obtained results suggest that there is real potential for using these self-healing thermoplastic polymers in complex structures to heal high velocity impact damage.

Negli ultimi anni la scienza dei materiali ha focalizzato in maniera sempre crescente l’attenzione verso lo sviluppo di materiali autoriparanti. Numerosi studiosi hanno incentrato l’oggetto della propria ricerca su tale materia adottando diversi approcci innovativi per ottenere materiali polimerici con capacità di autoriparazione. Polimeri termoplastici, nella fattispecie ionomeri a base di etilene-acido metacrilico, hanno mostrato un comportamento autoriparante a seguito di impatto ad alta energia, tuttavia la relazione tra le proprietà fisiche dei suddetti polimeri e l’efficienza della riparazione è ancora in fase di studio. Oggetto di questa ricerca è, da un lato, lo studio approfondito del comportamento autoriparante di questa classe di polimeri e, dall’altro, l’individuazione di quei parametri necessari per una efficiente riparazione del materiale a seguito di impatto balistico. Inoltre, è stata condotta una campagna di prove sperimentali al fine di comprendere il rapporto che intercorre tra la microstruttura, le relative proprietà fisiche e la capacità autoriparante dei polimeri oggetto di studio. In previsione di un ampliamento delle carattersitiche richieste a seconda delle potenziali applicazioni, sono stati sviluppati nuovi sistemi polimerici successivamente testati in diverse condizioni di impatto. In particolare sono stati progettati sistemi multistrato comprendenti uno o più strati di materiale autoriparante e realizzate miscele polimeriche, in entrambi i casi utilizzando uno ionomero a base di etilene-acido metacrilico. I risultati ottenuti dimostrano che vi è una reale possibilità di utilizzare questi polimeri termoplastici autoriparanti all’interno di strutture complesse al fine di riparare danni dovuti a impatto ad elevate velocità.