Compósito que se autoconserta pode durar séculos

Polímero reforçado com fibra

Um novo material compósito mostrou-se mais resistente do que os materiais atualmente usados em asas de aviões, pás de turbinas eólicas e outras aplicações estruturais.

E, se isto já não fosse suficiente, o material é autorreparador, sendo capaz de se consertar sozinho de danos e trincas mais de 1.000 vezes, restaurando praticamente toda a sua resistência original.

O que está em jogo são materiais engenheirados de polímero reforçado com fibra (PRFs), valorizados por sua alta relação resistência/peso e comumente usados em aeronaves, automóveis, turbinas eólicas, espaçonaves e outras aplicações estruturais exigentes.

Esses compósitos consistem em camadas de fibras, como fibra de vidro ou de carbono, unidas por uma matriz polimérica, geralmente epóxi. A técnica de autorreparação desenvolvida agora visa a delaminação interlaminar, que ocorre quando se formam fissuras no compósito, fazendo com que as camadas de fibra se separem da matriz.

A expectativa é que esta estratégia de autorreparação estenda drasticamente a vida útil dos materiais compósitos reforçados com fibras convencionais, levando a uma durabilidade estimada não mais em décadas, mas em séculos, em comparação com a vida útil projetada para os compósitos atuais.

“Isso poderá reduzir significativamente os custos e a mão de obra associados à substituição de componentes compostos danificados, além de diminuir a quantidade de energia consumida e o desperdício produzido por muitos setores industriais, pois haverá menos peças quebradas para inspecionar, reparar ou descartar manualmente,” disse o professor Jason Patrick, da Universidade do Estado da Carolina do Norte, nos EUA.

Compósito autorreparador

O material autorreparador assemelha-se aos compósitos PRFs convencionais, mas com duas características adicionais. Primeiro, um agente de cura termoplástico é depositado por impressão 3D sobre o reforço de fibra, criando uma camada intermediária com padrão polimérico que torna o laminado de duas a quatro vezes mais resistente à delaminação. Segundo, finas camadas de aquecimento à base de carbono são incorporadas ao material, que se aquecem quando uma corrente elétrica é aplicada; o calor derrete o agente de cura, que então flui para dentro de fissuras e microfraturas e religa as interfaces delaminadas, restaurando o desempenho estrutural.

Em um teste de demonstração, os pesquisadores realizaram 1.000 ciclos de fratura e cicatrização continuamente ao longo de 40 dias, medindo a resistência à delaminação após cada reparo. Em outras palavras, o material foi fraturado repetidamente da mesma maneira, avaliando-se então quanta carga ele conseguia suportar antes de delaminar novamente. O material durou pelo menos 10 vezes mais do que um PRF convencional. Como os materiais de hoje têm vida útil estimada de 15 a 40 anos, o compósito autorreparador acena com uma durabilidade de 150 a 400 anos, dependendo da aplicação.

“Isso proporciona um valor óbvio para tecnologias de grande escala e alto custo, como aeronaves e turbinas eólicas,” disse Patrick. “Mas pode ser excepcionalmente importante para tecnologias como espaçonaves, que operam em ambientes em grande parte inacessíveis e que seriam difíceis ou impossíveis de reparar por meio de métodos convencionais no local.”