3 razões pelas quais os compósitos de alta tecnologia estão substituindo os materiais tradicionais

Numerosos avanços baseados em ciência e engenharia levaram a conclusões de que as propriedades dos materiais compósitos são muitas vezes superiores às escolhas mais tradicionais. Aqui estão algumas das vantagens que os tornam tão promissores.

1. Melhorando a sustentabilidade

O foco global está em assuntos urgentes, como mudanças climáticas e produção excessiva de resíduos. As pessoas estão cada vez mais preocupadas em desenvolver materiais sustentáveis ​​para substituir aqueles que provavelmente serão descartados com mais frequência. Muitos materiais compostos ecologicamente corretos podem preencher a necessidade.

Componentes de fibra de carbono reparáveis ​​para prolongar a vida útil

Os compósitos de fibra de carbono são alternativas populares para substituir os metais convencionais usados ​​em tudo, desde peças de avião até tacos de golfe. No entanto, a maioria deles é praticamente impossível de consertar ou reciclar depois de quebrar.

Um novo avanço de pesquisadores da Universidade de Washington poderia superar essa desvantagem. A equipe criou um novo material tão leve e forte quanto os compostos convencionais de fibra de carbono, mas fácil de reparar se rachar. As pessoas podem consertar repetidamente os danos tradicionalmente ou com aquecimento baseado em radiofrequência.

O material está dentro de uma categoria relativamente nova chamada vitrímeros reforçados com fibra de carbono (vCFRP). Outros tipos de compósitos de fibra de carbono se dividem em dois grupos primários. O primeiro tipo contém epóxi, que confere uma dureza permanente. Os da segunda categoria apresentam uma cola mais macia que permite quebrar o material para retrabalho, embora à custa de resistência e rigidez reduzidas. No entanto, os vCFRPs permitem vincular, desvincular e revincular sem tais comprometimentos.

Componente de fibra de carbono para as emissões de corte do interior de um carro

Em outro caso de sustentabilidade aprimorada a partir de avanços em compostos de fibra de carbono, uma empresa suíça substituiu nove componentes internos de veículos normalmente usados ​​em esportes a motor por um material compósito mais sustentável feito de fibra natural. Isso causou uma redução de 94% nas emissões de materiais e reduziu as emissões do berço ao portão em 90%.



Outra vantagem dos materiais compósitos é que eles podem superar suas propriedades originais, como madeira recuperada tratada para resistência ao calor. Isso significa que as pessoas podem se surpreender à medida que aprendem mais sobre como os compósitos podem alterar as características de materiais comuns que pensavam conhecer bem.

Esses são alguns dos muitos exemplos de como esses materiais compósitos futuristas podem contribuir para o esforço mundial em melhorar a sustentabilidade. Os líderes empresariais podem até usá-los como argumentos de venda para mostrar que a sustentabilidade ambiental permeia todas as operações da empresa. Por exemplo, os fabricantes de turbinas eólicas que os utilizam priorizam a resiliência prolongada em vez do envio prematuro de itens para aterros sanitários.

2. Aprimorando processos essenciais

As pessoas que trabalham com materiais compósitos geralmente investigam como podem ajudar os usuários a melhorar seus processos. Por exemplo, parafusos compostos são escolhas comuns para a montagem de decks porque são tipicamente mais densos do que as versões tradicionais de madeira. Eles também têm roscas mais finas e cabeças comparativamente menores, tornando-os mais fáceis de colocar no deck.

Melhorar os parafusos pode economizar custos de mão de obra e aumentar as chances de obter ótimos resultados, e este é apenas um exemplo. Formas de fortalecer um processo existente podem se tornar aparentes em praticamente qualquer estágio, desde o projeto de um produto até a sua verificação de qualidade.

Robôs auxiliam na produção de pás de ventilador composto

Grande parte do trabalho em andamento associado a materiais compostos diz respeito a abordagens futuristas, como a aplicação de robótica e aprendizado de máquina aos esforços de desenvolvimento.

Por exemplo, a Rolls-Royce tem uma nova instalação dedicada ao desenvolvimento de novos materiais compósitos. Uma das abordagens diz respeito ao uso de robôs para ajudar a fazer pás de ventilador compostas usadas em motores a jato.

O material composto de fibra de carbono é colocado em camadas em um molde de caixa de ventilador

Cada componente tem aproximadamente 500 camadas de material de fibra de carbono, cada uma aplicada em um processo totalmente automatizado supervisionado por trabalhadores da fábrica. Os robôs levantam e movem as peças entre as estações da linha de montagem, garantindo uma operação suave e eficiente.

Aprendizado de máquina pode melhorar os testes compostos

Os pesquisadores também esperam usar o aprendizado de máquina para progredir com os métodos normalmente aplicados para testar materiais compósitos quanto a falhas. Os métodos tradicionais mais populares são os testes baseados em raios-X e ultra-som. No entanto, ambos têm suas desvantagens, estimulando os pesquisadores a lidar com as limitações.

Russell Varley é professor de materiais compósitos na Carbon Nexus, uma instalação de pesquisa de fabricação na Austrália. Ele disse:“Compreender e desenvolver métodos de análise de última geração para testes não destrutivos de produtos compostos tem um grande potencial para transformar a indústria”.

Uma organização concedeu uma bolsa de pesquisa para este projeto para ver se o aprendizado de máquina poderia visar alguns problemas conhecidos de teste composto. Por exemplo, o uso de métodos baseados em raios X é caro em investimentos de capital e operacionais.

Esses estudos de caso não implicam que as pessoas tenham parado de tentar melhorar os processos associados aos materiais tradicionais. No entanto, um alto interesse contínuo em compósitos de especialistas em materiais em todo o mundo faz com que grande parte da pesquisa se concentre em opções mais recentes feitas de pelo menos dois materiais constituintes.

Compósitos de alta tecnologia mudam de cor para exibir falhas

Os dois exemplos anteriores nesta seção destacam como os materiais compostos geralmente se alinham aos esforços para adotar a Indústria 4.0. No entanto, também há um trabalho fascinante em fazer com que os próprios materiais acelerem os processos da fábrica.

Os pesquisadores desenvolveram um laminado composto que muda de cor em resposta à deformação. Eles acreditam que isso permitirá detectar problemas em estágios iniciais e alertar as pessoas para possíveis falhas de material. As pessoas até agora só usaram o material no laboratório. No entanto, se funcionar tão bem quanto os desenvolvedores esperam, a inovação pode melhorar os processos de várias maneiras.

Por exemplo, pode impedir que os trabalhadores fabriquem peças compostas com fraquezas internas e minimizar futuros recalls. A equipe também informou que seu novo material, composto por camadas, é resistente a quebras e leve. Uma vez que essas estão entre as propriedades mais desejáveis ​​dos compósitos, esta invenção pode ter amplas aplicações e apelo.

3. Promovendo melhorias baseadas em materiais

Outra das vantagens dos materiais compósitos é que eles permitem que engenheiros e cientistas desenvolvam novas opções que atendem a necessidades não atendidas pelas escolhas convencionais. As pessoas estão sempre procurando maneiras viáveis ​​de melhorar os produtos. Os compósitos geralmente mostram o caminho a seguir.

Novo material composto feito de tecidos não tecidos

Tecidos não tecidos são aqueles derivados de fibras de ligação que não requerem tricô ou tecelagem. Pesquisadores criaram recentemente um novo material compósito que se enquadra nessa categoria. Eles acreditam que sua inovação pode ser ideal para produtos médicos, como bandagens e máscaras.

Criar um material que pode estar em contato com a pele das pessoas por horas ou mais requer pensar cuidadosamente sobre as propriedades desejadas dos materiais compósitos. Neste caso, a equipe queria respirabilidade e absorção de água. Eles também queriam incluir algodão para maior conforto.

Testes mostraram que o novo tecido era mais absorvente do que as opções tradicionais. Ele também teve um bom desempenho em testes de recuperação de estiramento, sugerindo que o material resistiria bem ao uso repetido. A equipe reconheceu que, embora outras opções tenham boa respirabilidade e capacidade de alongamento, a escolha de adicionar algodão deve fornecer outro benefício notável.

Material de alta tecnologia pode limitar o incômodo de telas de telefone quebradas

Como as telas são partes tão necessárias dos smartphones de hoje, muitas pessoas se esforçam para protegê-las. Por exemplo, mesmo quando os fabricantes instalam vidros ultraduráveis, muitos proprietários de smartphones também adicionam protetores de tela ou inserem seus dispositivos em estojos especiais para maior tranquilidade. No entanto, uma inovação relacionada ao vidro composto pode reduzir a necessidade dessas etapas adicionais.



O projeto de uma equipe de pesquisa internacional resultou em um composto de vidro que poderia minimizar a quebra da tela e fornecer uma tela mais brilhante. Os materiais são baseados em perovskitas de haleto de chumbo, que funcionam como painéis solares em miniatura porque capturam e armazenam energia. A abordagem básica é envolver os nanocristais em um vidro poroso.

Esse método deve melhorar as tecnologias atuais de nanocristais usadas para telas de dispositivos. O grupo que trabalha neste projeto alertou que, embora acreditem que suas técnicas sejam escaláveis, ainda há muito trabalho a fazer. Eles precisam descobrir as melhores maneiras de criar materiais com as propriedades desejadas.

Materiais de alta tecnologia mostram muitas promessas

Estas são apenas algumas das muitas vantagens dos materiais compósitos que deixam as pessoas entusiasmadas com o que o futuro reserva. Os materiais tradicionais ainda têm lugar em inúmeras instâncias, mas esses exemplos mostram os benefícios de trabalhar com compósitos para gerar resultados específicos.