Inédito: Material rígido absorve vibrações e ruídos
[Imagem: Ioanna Ch. Tsimouri a et al. – 10.1016/j.compositesb.2024.111717]
Rígido com amortecimento
Vibrações podem ser muito úteis, quando você quer que seu celular lhe avise de uma chamada sem fazer barulho, por exemplo. Contudo, é muito mais comum que as vibrações sejam indesejáveis, e até mesmo perigosas.
As vibrações em máquinas e motores fazem barulho, causam desgaste, incomodam quando somos passageiros de um carro e, no longo prazo, desgastam os materiais e as máquinas, encurtando suas vidas úteis e até fazendo-as deixar de funcionar.
O modo mais comum de lidar com isso – vibrações e ruídos – consiste em usar materiais de amortecimento, como espumas, borrachas e elementos mecânicos, na forma de molas ou amortecedores. Funciona razoavelmente bem, mas torna tudo mais volumoso, pesado e caro.
Ioanna Tsimouri e colegas do Instituto Federal Suíço de Tecnologia (ETH) encontraram um modo muito melhor de lidar com o problema.
Tsimouri criou um material que é rígido, suporta carga e tem capacidades efetivas de amortecimento interno. E isso não é pouco, porque as duas propriedades – alta rigidez e amortecimento – são geralmente mutuamente excludentes.
Trata-se de um compósito, um laminado, o que o torna muito versátil e passível de ser usado em inúmeras aplicações, de vidros de janelas, carcaças de máquinas e peças de automóveis até em tecnologias aeroespaciais e de sensores, onde materiais de amortecimento avançados têm uma demanda muito alta.
[Imagem: Ioanna Ch. Tsimouri a et al. – 10.1016/j.compositesb.2024.111717]
Laminado anti-vibração
O material amortecedor-rígido é formado por camadas de materiais rígidos conectadas entre si por camadas macias ultrafinas, semelhantes a borracha, formadas pela reticulação de uma mistura de polidimetilsiloxano (PDMS).
Os primeiros protótipos, que ainda deixaram espaço para melhorias, envolvem o uso de placas de silício e vidro com espessuras entre 0,2 e 0,3 mm, conectadas por camadas semelhantes a borracha com espessuras de apenas algumas centenas de nanômetros.
Modelos de computador permitiram calcular a espessura que as camadas de conexão – absorvedoras de impacto – deveriam ter para que o material como um todo atingisse simultaneamente alta rigidez e amortecimento.
Esses cálculos revelaram que a espessura das camadas têm que ter uma proporção específica para apresentar as propriedades desejadas: As camadas de polímero de amortecimento precisam compor menos de 1% do volume total do material, enquanto as camadas rígidas de vidro ou silício precisam representar pelo menos 99%. “Há muito pouco efeito de amortecimento se a camada de polímero for muito fina. Se for muito grossa, o material não é rígido o suficiente,” explicou Tsimouri.
Além de ser feito com materiais facilmente recicláveis – vidro e silicone – o laminado tem outra vantagem: O polímero usado é resistente à temperatura e pode suportar uma ampla faixa de temperaturas sem nenhuma alteração em suas propriedades de amortecimento – o polímero só se torna vítreo e perde sua capacidade de amortecimento abaixo de uma temperatura de -125 ºC.