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.
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.
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]
"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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