Peças de fibra de carbono finalmente poderão ser consertadas e recicladas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/11/2021

O compósito tem um arranjo molecular que o distingue dos materiais atuais.
[Imagem: Andy Freeberg/University of Washington]

Consertar fibra de carbono

O sucesso das fibras de carbono é fácil de atestar: Elas já substituíram os metais em inúmeras aplicações, dos aviões e turbinas eólicas aos carros e artigos esportivos.

Ainda assim, não é o material perfeito: Uma vez danificados, os materiais de fibra de carbono são quase impossíveis de reparar ou reciclar.

A solução para essa deficiência pode estar a caminho, graças ao trabalho de Mithil Kamble e colegas da Universidade de Washington, nos EUA.

Kamble criou uma nova classe de fibra de carbono que é tão forte e leve quanto as fibras tradicionais, mas pode ser curada repetidamente com calor, revertendo qualquer dano por fadiga.

Além de permitir consertar as peças danificadas, isso também oferece um meio de "quebrar" as fibras e reciclá-las quando a peça chegar ao fim de sua vida útil.

"Nós demonstramos um material em que fontes de calor tradicionais ou aquecimento por radiofrequência podem ser usados para reverter e adiar indefinidamente seu processo de envelhecimento. O desenvolvimento de compósitos resistentes à fadiga é uma necessidade importante na comunidade da manufatura," disse o professor Aniruddh Vashisth.

Vitrímeros

O novo compósito faz parte de um grupo recentemente desenvolvido, conhecido como vitrímeros reforçados com fibra de carbono, uma espécie de vidro reforçado, que apresenta uma mistura de propriedades sólidas e fluidas. Os materiais normalmente usados hoje, seja em artigos esportivos ou aeroespaciais, são polímeros reforçados com fibra de carbono.

Os polímeros tradicionais reforçados com fibra de carbono normalmente se enquadram em duas categorias: termofixos ou termoplásticos. A variedade "solidificada" contém um epóxi, um material parecido com cola, no qual as ligações químicas que o mantêm coeso endurecem permanentemente. A versão "plástica" contém um tipo de cola mais suave, para que possa ser derretida e retrabalhada, mas esse ganho tem um custo, com perdas de resistência e rigidez.

Os vitrímeros, por outro lado, são formados por grupos moleculares que podem conectar, desconectar e reconectar, fornecendo um meio-termo entre aqueles dois.

"Imagine que cada um desses materiais é uma sala cheia de pessoas," descreve Vashisth. "Na sala dos termofixos, todas as pessoas estão de mãos dadas e não soltam. Na sala dos termoplásticos, as pessoas se cumprimentam dando as mãos e então passam adiante. Na sala dos vitrímeros, as pessoas apertam a mão da pessoa próxima, mas têm a capacidade para trocar apertos de mão e fazer novos amigos, de forma que o número total de interconexões permanece o mesmo. Essa reconexão é como o material é reparado, e este trabalho foi o primeiro a usar simulações em escala atômica para entender os mecanismos subjacentes a esses apertos de mão químicos."

O novo tipo de material reforçado com fibra de carbono é tão forte e leve quanto os materiais tradicionais, mas pode ser curado repetidamente com calor, revertendo qualquer dano por fadiga.
[Imagem: Andy Freeberg/University of Washington]

Substituição dos termofixos

A equipe de pesquisa acredita que os vitrímeros podem ser uma alternativa viável para muitos produtos atualmente fabricados a partir de termofixos, algo extremamente necessário porque os compósitos termofixos já começaram a se acumular nos aterros sanitários.

Os vitrímeros curáveis seriam uma grande mudança em direção a um material dinâmico com um conjunto diferente de considerações em termos de custo de ciclo de vida, confiabilidade, segurança e manutenção, afirmam eles.

"Esses materiais podem traduzir o ciclo de vida linear dos plásticos em um ciclo circular, o que seria um grande passo em direção à sustentabilidade," disse o professor Nikhil Koratkar, membro da equipe.

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