Materiais se autoconsertam no lugar e quantas vezes forem necessárias

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/11/2022

O termoplástico aquece a fibra de carbono tão logo ela comece a apresentar rachaduras.
[Imagem: Alexander D. Snyder et al. - 10.1038/s41467-022-33936-z]

Autoconserto

Um novo compósito autorreparável permite que as estruturas consertem a si mesmas no local, sem precisar ser removidas de serviço, uma inovação que promete prolongar significativamente a vida útil de componentes estruturais, como pás de turbinas eólicas e asas de aviões.

"Pesquisadores desenvolveram uma variedade de materiais autorregenerativos, mas as estratégias anteriores para compósitos autorregenerativos enfrentaram dois desafios práticos," explica o professor Jason Patrick, da Universidade do Estado da Carolina do Norte, nos EUA.

"Primeiro, os materiais geralmente precisam ser removidos de serviço para autocurar. Por exemplo, alguns requerem aquecimento em um forno, o que não pode ser feito para componentes grandes ou enquanto uma determinada peça está em uso. Segundo, a cura funciona apenas por um período limitado. Por exemplo, o material pode ser capaz de autocurar algumas vezes, após o que suas propriedades de autorreparação diminuem significativamente," detalhou ele.

A equipe então desenvolveu uma abordagem de autoconserto que supera de maneira significativa essas duas deficiências, permitindo a autocura no local e mantendo a resistência e outras características de desempenho do material estrutural.

"Ao aumentar a longevidade desses compósitos, nós os tornamos mais sustentáveis," disse Patrick. "E, embora as pás das turbinas eólicas sejam um bom exemplo, os compósitos estruturais são encontrados em uma ampla variedade de aplicações: Asas de aeronaves, satélites, componentes automotivos, artigos esportivos e muitos outros."

Esquema de funcionamento do processo de autoconserto.
[Imagem: Alexander D. Snyder et al. - 10.1038/s41467-022-33936-z]

Compósitos laminados 500% melhores

Os compósitos laminados são feitos de camadas de reforço fibroso - fibras de vidro ou de carbono, por exemplo - ligadas entre si. Os danos ocorrem com mais frequência quando a cola que une essas camadas começa a se desprender do reforço ou a delaminar.

A equipe lidou com esse problema imprimindo em 3D um padrão de agente de cura termoplástico no material de reforço. Eles também incorporaram camadas aquecedoras finas no compósito. Quando uma corrente elétrica é aplicada, essas camadas esquentam e derretem o agente de cura, que flui em quaisquer rachaduras ou microfraturas dentro do compósito e as repara.

"Descobrimos que esse processo pode ser repetido pelo menos 100 vezes, mantendo a eficácia da autocura," disse Patrick. "Não sabemos qual é o limite superior, se é que ele existe."

Além disso, o material já nasce melhor: O termoplástico impresso apresenta uma resistência à fratura até 500% superior ao do termoplástico convencional, o que significa que é necessário mais energia para causar sua delaminação. E as camadas do agente de cura e do aquecedor são todas feitas de materiais disponíveis comercialmente e de custo relativamente baixo.

"Embora a fabricação de compósitos que incorporam nosso projeto seja um pouco mais cara, o custo seria mais do que compensado pela extensão significativa da vida útil do material," disse Patrick.

Outra vantagem da nova tecnologia é que, se ela incorporada às asas dos aviões, os elementos de aquecimento internos permitiriam eliminar o uso de agentes químicos para remover o gelo das asas quando as aeronaves estão no solo, além de abrir a possibilidade de descongelar em voo.

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