Três Razões Principais Pelas Quais Compósitos de Alta Tecnologia Superam Materiais Tradicionais

Numerosos avanços baseados em ciência e engenharia levaram à conclusão de que as propriedades dos materiais compósitos são frequentemente superiores a 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 compósitos ecológicos podem preencher essa necessidade.

Componentes de Fibra de Carbono Reparáveis para Alongar a Vida Útil

Compósitos de fibra de carbono são alternativas populares para substituir metais convencionais usados em tudo, desde peças de avião a tacos de golfe. No entanto, a maioria deles é virtualmente impossível de consertar ou reciclar uma vez que quebram.

Um novo avanço de pesquisadores da Universidade de Washington pode superar essa desvantagem. A equipe criou um novo material tão leve e forte quanto compósitos convencionais de fibra de carbono, mas fácil de reparar se rachar. As pessoas podem consertar o dano repetidamente de forma tradicional ou com aquecimento baseado em radiofrequência.

O material está dentro de uma categoria relativamente nova chamada compósitos de fibra de carbono reforçados com vitrímeros (vCFRP). Outros tipos de compósitos de fibra de carbono se enquadram em dois grupos principais. O primeiro tipo contém epóxi, que dá 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 ligação, desligação e religação sem tais compromissos.

Componente de Fibra de Carbono para Interior de Carro Reduz Emissões

Em outro caso de sustentabilidade aprimorada a partir de avanços em compósitos de fibra de carbono, uma empresa suíça substituiu nove componentes internos de veículos tipicamente usados em automobilismo com um material compósito mais sustentável feito de fibra natural. Isso causou uma redução de 94% nas emissões de material 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 poderiam mudar as características de materiais comuns que achavam que conheciam bem.

Estes são apenas alguns dos muitos exemplos de como esses materiais compósitos futuristas poderiam contribuir para o esforço mundial de melhorar a sustentabilidade. Líderes empresariais poderiam até usá-los como argumentos de venda para mostrar que a sustentabilidade ambiental permeia as operações da empresa. Por exemplo, fabricantes de turbinas eólicas que os usam priorizam resiliência prolongada em vez de enviar itens prematuramente para aterros.

2. Aprimorando Processos Essenciais

Pessoas que trabalham com materiais compósitos frequentemente investigam como eles poderiam ajudar os usuários a melhorar seus processos. Por exemplo, parafusos compósitos são escolhas comuns para montagem de decks porque são tipicamente mais densos que versões tradicionais de madeira. Eles também têm roscas mais finas e cabeças comparativamente menores, tornando-os mais fáceis de inserir no deck.

Melhorar parafusos pode economizar custos de mão de obra e aumentar as chances de obter ótimos resultados, e este é apenas um exemplo. Maneiras de fortalecer um processo existente podem se tornar aparentes em praticamente qualquer estágio, desde o design de um produto até submetê-lo a verificações de qualidade.

Robôs Auxiliam na Produção de Pás de Ventilador Compósitas

Grande parte do trabalho contínuo associado a materiais compósitos diz respeito a abordagens futuristas, como a aplicação de robótica e aprendizado de máquina a esforços de desenvolvimento.

Por exemplo, a Rolls-Royce tem uma nova instalação dedicada ao desenvolvimento de novos materiais compósitos. Uma das abordagens lá envolve o uso de robôs para ajudar a fabricar pás de ventilador compósitas usadas em motores a jato.

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. Robôs levantam e movem as peças entre estações da linha de montagem, garantindo uma operação suave e eficiente.

Aprendizado de Máquina Poderia Melhorar o Teste de Compósitos

Pesquisadores também esperam usar aprendizado de máquina para progredir nos métodos geralmente aplicados para testar materiais compósitos em busca de falhas. Os métodos tradicionais mais populares são testes baseados em raios-X e ultrassom. No entanto, ambos têm suas desvantagens, estimulando pesquisadores a abordar as limitações.

Russell Varley é professor de materiais compósitos no Carbon Nexus, uma instalação de pesquisa de manufatura na Austrália. Ele disse: "Compreender e desenvolver métodos de análise de próxima geração para testes não destrutivos de produtos compósitos tem grande potencial para transformar a indústria."

Uma organização concedeu uma bolsa de pesquisa para este projeto para ver se o aprendizado de máquina poderia abordar alguns problemas conhecidos de teste de compósitos. Por exemplo, usar métodos baseados em raios-X é intensivo em capital e investimentos operacionais.

Estes estudos de caso não implicam que as pessoas pararam de tentar melhorar processos associados a materiais tradicionais. No entanto, um interesse contínuo e alto em compósitos de especialistas em materiais em todo o mundo faz com que grande parte da pesquisa se concentre em opções mais novas 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 materiais compósitos frequentemente se alinham com esforços para abraçar a Indústria 4.0. No entanto, também há um trabalho fascinante em fazer os próprios materiais acelerarem processos de fábrica.

Pesquisadores desenvolveram um laminado compósito 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 em laboratório. No entanto, se funcionar tão bem quanto os desenvolvedores esperam, a inovação poderia melhorar processos de várias maneiras.

Por exemplo, poderia impedir que trabalhadores fabricassem peças compósitas com fraquezas internas e minimizar recalls futuros. A equipe também relatou que seu novo material, composto por camadas, é resistente à quebra e leve. Como essas estão entre as propriedades mais desejáveis dos compósitos, esta invenção poderia ter amplas aplicações e apelo.

3. Avançando 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 abordadas por escolhas convencionais. As pessoas estão sempre procurando maneiras viáveis de melhorar produtos. Compósitos frequentemente mostram o caminho a seguir.

Novo Material Compósito Feito de Tecidos Não Tecidos

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

Criar um material que possa 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 conforto.

Testes mostraram que o novo tecido era mais absorvente que opções tradicionais. Também teve bom desempenho em testes de recuperação de alongamento, sugerindo que o material aguentaria bem o uso repetido. A equipe reconheceu que, embora outras opções tenham boa respirabilidade e capacidades de alongamento, a escolha de adicionar algodão deve fornecer outro benefício perceptível.

Material de Alta Tecnologia Poderia Limitar o Incômodo de Telas de Celular Rachadas

Como telas são partes tão necessárias dos smartphones de hoje, muitas pessoas tomam grandes cuidados para protegê-las. Por exemplo, mesmo quando os fabricantes instalam vidro ultra-durável, muitos proprietários de smartphones também adicionam protetores de tela ou inserem seus dispositivos em capas especiais para maior tranquilidade. No entanto, uma inovação relacionada a vidro compósito poderia reduzir a necessidade dessas etapas adicionais.

O projeto de uma equipe internacional de pesquisa resultou em um vidro compósito que poderia minimizar a quebra de telas e fornecer um display 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 nanocristais em um vidro poroso.

Esse método deve melhorar as tecnologias atuais de nanocristais usadas para telas de dispositivos. O grupo trabalhando neste projeto alertou que, embora acreditem que suas técnicas são 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 Muita Promessa

Estes são apenas alguns dos muitos benefícios dos materiais compósitos que deixam as pessoas entusiasmadas com o que o futuro reserva. Materiais tradicionais ainda têm lugar em numerosas instâncias, mas estes exemplos mostram os benefícios de trabalhar com compósitos para gerar resultados específicos.