Alcuni materiali utilizzati nelle applicazioni aerospaziali come i polimeri possono degradarsi ed erodere con l'esposizione prolungata all'ossigeno atomico, radiazioni ultraviolette, e cicli di temperature estreme nello spazio esterno. Anche, perché i veicoli spaziali orbitanti come la Stazione Spaziale Internazionale viaggiano a circa 18, 000 miglia all'ora, micrometeoroidi e altri detriti spaziali rappresentano una seria minaccia per l'integrità delle strutture spaziali leggere composte da polimeri e loro compositi.

L'introduzione di materiali autorigeneranti che incorporano nanoparticelle e microparticelle appositamente progettate potrebbe fornire una soluzione più duratura per le strutture spaziali. Diversi laboratori dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign hanno lavorato insieme per affrontare questa sfida, e per la prima volta, ha inviato in orbita materiali di autoguarigione per i test presso il Laboratorio Nazionale dell'ISS.

"I materiali che utilizziamo sono nuovi nanocompositi, a base di polidiciclopentadiene termoindurente (pDCPD)-matrice miscelata con componenti autorigeneranti, che può essere polimerizzato in pochi minuti o ore rispetto ai tradizionali polimeri termoindurenti che impiegano giorni per polimerizzare all'interno di un'autoclave. Anche, questi nuovi materiali basati su pDCPD sono suscettibili di tecniche di produzione additiva con il potenziale per una rapida fabbricazione o riparazione di parti proprio dove si trovano nello spazio, " disse Debashish Das, borsista post-dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale dell'UIUC.

I professori Nancy Sottos e Ioannis Chasiotis sono finanziati dall'Ufficio per la ricerca scientifica dell'aeronautica e dall'ISS National Lab per sviluppare campioni che sarebbero montati di fronte a tre diverse direzioni sulla ISS, perché ogni lato della ISS è esposto a condizioni con diverse quantità di radiazioni ultraviolette e ossigeno atomico:ariete, nella direzione di marcia; svegliarsi nella direzione finale; e zenit, rivolto lontano dalla terra.

A causa dell'alto costo per condurre esperimenti nello spazio, ogni campione doveva avere le dimensioni della gomma sopra una matita. In tutto, 27 campioni sono stati fissati su tre piastre, ciascuno essendo un pollice quadrato. Una finestra su ogni campione consente l'esposizione all'ambiente spaziale.

Lo studente laureato aerospaziale Eric Alpine e la facoltà di AE Michael Lembeck hanno utilizzato le loro strutture nel laboratorio Talbot per determinare il contenuto volatile nei campioni da esporre allo spazio. I campioni sono stati cotti sotto vuoto spinto a 176 gradi Fahrenheit per 24 ore per simulare condizioni di spazio accelerato. La perdita di massa di tutti i campioni è rimasta entro il limite accettabile consentito dalla NASA.

Dottorato di ricerca in scienze e ingegneria dei materiali la studentessa Kelly Chang e lo studioso postdottorato Mayank Garg, nell'Autonomous Materials Systems Group del Beckman Institute, sviluppato le strategie di autoguarigione e fabbricato tutti i campioni.

"Sulla base di un precedente esperimento presso l'ISS dal gruppo del professor Chasiotis, sappiamo che l'inclusione di nanoparticelle di vetro in tutti i campioni migliorerà la resistenza all'erosione, " disse Chang. "Nel gruppo della professoressa Nancy Sottos, abbiamo sperimentato un meccanismo più attivo per resistere ai danni dell'erosione. Abbiamo incorporato microcapsule, trattenendo materiali attivi che vengono attivati ​​quando l'ossigeno atomico nello spazio rompe le capsule e consente al nucleo liquido di queste capsule di reagire".

Chang ha detto che ci sono anche campioni che non contengono le capsule e questi campioni fungeranno da controlli per esperimenti successivi. I campioni contengono anche resina epossidica standard di grado aerospaziale per il confronto.

Das ha detto che se questi polimeri autorigeneranti avranno successo nello spazio, potrebbe essere un enorme vantaggio per la produzione nello spazio. "Questo è un obiettivo a lungo termine, " Egli ha detto, "da fabbricare nello spazio".

Garg ha aggiunto, "Se la nostra ipotesi che questi nuovi materiali resistano all'erosione per un periodo più lungo rispetto ai materiali a base epossidica è valida, allora avremo un'alternativa ai mercati dominati dalla resina epossidica per lo spazio, così come le applicazioni terrestri."