O material é produzido a partir de compósitos reforçados com fibra. Quando surgem fissuras ou microfraturas, o calor funde um agente reparador e corrige a zona danificada
Uma equipa de investigadores norte-americanos desenvolveu um inovador material auto-reparável que poderá transformar a durabilidade de automóveis, aviões ou turbinas eólicas.
A descoberta, recentemente apresentada num artigo publicado na PNAS, aponta para um cenário em que os veículos poderão ultrapassar os 100 anos de vida útil.
Segundo explicam os investigadores num comunicado da NC State, o compósito auto-reparador é mais resistente do que os materiais atualmente usados nas asas de aeronaves e pás de turbinas, e capaz de se reparar mais de 1.000 vezes.
Os investigadores estimam que a sua estratégia de auto-reparação possa prolongar a vida útil dos materiais compósitos reforçados com fibras convencionais durante séculos, em comparação com a vida útil atualmente projetada, de décadas.
O novo material é baseado em materiais compósitos reforçados com fibra, amplamente utilizados pela sua resistência e leveza em setores como o automóvel e o aeronáutico. No entanto, estes materiais arrastam uma limitação histórica: a delaminação, uma falha interna que provoca a separação das suas camadas e compromete a sua integridade estrutural.
Este problema, que se manifesta há décadas, tem restringido a vida útil destes compósitos a períodos relativamente curtos.
Com esta limitação em vista, os investigadores desenvolveram um sistema inspirado em processos naturais, capaz de reparar danos estruturais de forma repetida sem necessidade de intervenção manual, o que representa um avanço relevante em engenharia.
A chave do novo material reside na incorporação de um agente de cura térmica na sua estrutura. Este combina-se com camadas aquecedoras que se ativam ao aplicar corrente elétrica, gerando o calor necessário para iniciar o processo de reparação de forma controlada.
Quando surgem fissuras ou microfraturas, causadas por impactos ou desgaste, o calor funde o agente reparador, que flui para as zonas danificadas e restabelece as ligações estruturais, conseguindo uma reconexão química que permite recuperar grande parte da resistência original do material em pouco tempo.
Jason Patrick, NC State University
Agente de cura termoplástico impresso em 3D (sobreposição azul) em reforço de fibra de vidro (esquerda); termografia infravermelha durante a autorreparação in situ de um compósito de fibras fraturadas (centro); agente de cura impresso em 3D (azul) em reforço de fibra de carbono (direita)
“Isto reduziria significativamente os custos e o trabalho associados à substituição de componentes danificados, além de diminuir o consumo energético e os resíduos gerados”, salienta Jason Patrick, investigador da NC State e autor principal do estudo.
“Descobrimos que a resistência à fratura do material autorreparável começa bem acima da dos compósitos não modificados”, afirma
“Como o nosso compósito é, à partida, significativamente mais resistente do que os compósitos convencionais, este material auto-reparável resiste melhor à fissuração do que os compósitos laminados atualmente existentes, durante pelo menos 500 ciclos”, explica Jack Turicek, estudante de doutoramento na NC State e primeiro autor do artigo.
Em cenários reais, a reparação só seria acionada após o material sofrer danos provocados por granizo, impactos de aves ou outros eventos, ou durante operações de manutenção programada. Os investigadores estimam que o material poderia durar 125 anos com reparações trimestrais ou 500 anos com reparações anuais.
“Isto representa um valor evidente para tecnologias de grande escala e elevado custo, como aeronaves e turbinas eólicas”», afirma Patrick. “Mas poderá ser excecionalmente importante para tecnologias como as naves espaciais, que operam em ambientes praticamente inacessíveis, onde a reparação por métodos convencionais no local seria difícil ou mesmo impossível”, conclui.
(ZAP)