Compósito de plástico e nanotubos supera alumínio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/03/2021

O segredo do material artificial está em suas "células", as unidades que formam os blocos e chapas.
[Imagem: J. Jefferson et al. - 10.1016/j.matdes.2021.109516]

Plástico com nanotubo

Uma nova forma de material composto, impresso em 3-D combinando plásticos com nanotubos de carbono, mostrou-se mais resistente e mais leve do que peças com o mesmo formato feitas de alumínio.

Isso significa que o material permite fabricar estruturas mais seguras, mais leves e mais duráveis para uso nas indústrias aeroespacial, automotiva e marítima.

O segredo está na "rede celular" do material, que pode ser ajustada para oferecer diferentes combinações de rigidez, força e tenacidade.

O composto é feito com misturas de polipropileno e polietileno - plásticos reutilizáveis e de baixo custo, amplamente usados em itens do dia-a-dia, como sacos plásticos e garrafas - e nanotubos de carbono, minúsculos filamentos ocos feitos com átomos de carbono.

Materiais celulares reticulados

Primeiro, a equipe projetou e construiu três tipos de placas reticuladas comuns - um cubo simples, formado a partir da interseção de três placas, um cubo mais complexo, com placas adicionais que se cruzam, e um design mais multifacetado. Essas placas reticuladas foram feitas em dois lotes - um de polipropileno e outro de polietileno.

Então, eles testaram mais três placas reticuladas "híbridas" que mesclavam recursos dos designs mais simples dos primeiros experimentos, tudo novamente feito em lotes de polipropileno e polietileno.

O design híbrido mais complexo, que amalgamava elementos de todos os três designs típicos, provou ser o mais eficaz na absorção de impactos, com a versão de polipropileno apresentando a maior resistência ao impacto.

Usando uma medida conhecida como absorção de energia específica, usada para determinar a capacidade de um material de absorver energia em relação à sua massa, a equipe descobriu que a estrutura de placa híbrida de polipropileno pode suportar 19,9 joules por grama - um desempenho superior em relação à mesma microarquitetura de metamateriais feitos de alumínio.

Diversos tipos de células testadas pela equipe. No lado direito, as amostras fabricadas apenas com polímero (claras) e com a mistura de polímero e nanotubos (escuras).
[Imagem: J. Jefferson et al. - 10.1016/j.matdes.2021.109516]

Substituição do alumínio

"Este trabalho se situa na interseção da mecânica e dos materiais. O equilíbrio entre os filamentos de nanoestruturas de carbono que desenvolvemos como matéria-prima para a impressão 3-D, e os designs de placas de rede composta híbrida que criamos, produziram um resultado realmente entusiasmante.

"Uma aplicação para este novo tipo de estrutura de chapa reticulada pode ser na fabricação de automóveis, onde os projetistas se esforçam perpetuamente para construir carrocerias mais leves sem sacrificar a segurança durante acidentes. O alumínio é usado em muitos projetos de carros modernos, mas nossa estrutura de chapa oferece maior resistência ao impacto, o que pode torná-la útil nesses tipos de aplicações no futuro.

"A reciclabilidade dos plásticos que usamos nessas placas reticuladas também as torna atraentes à medida que avançamos em direção a um mundo de pegada zero, onde modelos econômicos circulares serão fundamentais para tornar o planeta mais sustentável," disse o professor Shanmugam Kumar, da Universidade de Glasgow.

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