Compósitos de polímero reforçado com fibra (FRP), materiais que são inerentemente difíceis de reparar e reciclarsão usados para construir aeronaves mais leves, que consomem menos combustível e com impacto reduzido em carbono.
São constituídos por camadas de fibras de vidro ou de carbono, unidas entre si por uma matriz polimérica, muitas vezesepóxi. Com o tempo, depois de algumas décadas, às vezes menos, ou durante um impacto, pequenas fissuras se formam dentro do compósito, que eventualmente cisalham e quebram. É a este fenómeno, denominado delaminação, que este novo material autocurativo, desenvolvido por equipas do Departamento de Engenharia Civil, Construção e Ambiental da Universidade da Carolina do Norte, dá resposta.
Um compósito aprimorado para ser durável ao longo do tempo
Próximo dos compósitos PRF clássicos, apresenta duas grandes melhorias que lhe conferem uma durabilidade excepcional. Primeiro, um agente de reparo termoplástico impresso em 3D é aplicado ao reforço fibrosocriando assim um camada intermediária o que torna o compósito duas a quatro vezes mais resistente à delaminação.
Em seguida, os pesquisadores integram finas camadas de carbono no material, que fica muito quente sob o efeito de uma corrente elétrica. Esta alta temperatura derrete o agente reparador, que então penetra nas fissuras e microfraturas para selá-las, restaurando o desempenho estrutural do compósito.
Uma vida útil muito mais longa
O material melhorado pode resistir à delaminação durante 500 anos, beneficiando ao mesmo tempo da auto-reparação anualem comparação com 15 a 40 anos normalmente.
Para chegar a esta conclusão, os pesquisadores projetaram um sistema de teste automatizado que aplica repetidamente uma força de tração a um compósito FRP, causando uma delaminação de 50 milímetros de comprimento e, em seguida, desencadeia um reparo térmico. O dispositivo experimental permitiu realizar 1.000 ciclos de reparação continuamente durante 40 dias, recuperando o compósito um desempenho estrutural perfeito durante os primeiros 500 e capacidades ligeiramente inferiores durante os 500 seguintes.
Muitas aplicações
Na prática, este método permite iniciar os reparos assim que forem observados sinais de desgaste ou quando o compósito for danificado por um impacto. Vai além do simples âmbito da aeronáutica porque compósitos poliméricos reforçados com fibras também são utilizados para fabricar pás de turbinas eólicas, bem como estruturas e painéis de carroceria no setor automotivo.automóvel.
Os pesquisadores ainda trabalham para melhorar o processo para obter melhores resultados, o que sugere uma extensão mais do que significativa do duração da vida útil das aeronaves e potencialmente turbinas eólicas e automóveis.