O plástico normalmente não suporta o calor. Este novo tipo é diferente: consegue suportar o calor intenso de combustão extrema sem derreter e transformar-se numa massa viscosa.
Uma equipa de investigadores da Coreia do Sul concebeu um compósito polimérico que mantém a sua estrutura mesmo junto a chamas próximas dos 1.000 °C, abrindo caminho a motores de aviões mais levesbaterias de veículos elétricos mais seguras e outras tecnologias onde o calor desempenha um papel importante.
Os resultados da pesquisa, liderada por Oh Young-seok, investigador do Instituto de Ciência dos Materiais da Coreia, foram apresentados num artigo publicado este mês na revista Compósitos Avançados e Materiais Híbridos.
No centro deste avanço está um truque arquitetónico invulgar. Em vez de alterarem a química dos plásticos, a equipa de investigadores construiu uma estrutura tridimensional de nanotubos de carbono que aprisiona fisicamente as cadeias poliméricas, limitando a liberdade de movimento quando aquecidas.
A maior parte dos aviões e veículos modernos recorre a compósitos poliméricos porque são leves e fáceis de moldar. Mas o calor continua a ser um problema.
Acima de determinada temperatura, o movimento molecular aumenta e o material perde rigidez, obrigando os engenheiros a recorrer a metais mais pesadoscomo o titânio, explica o Ciência ZME.
Tentativas anteriores procuraram reforçar os polímeros quimicamente ou misturar nanopartículas. Essas estratégias ajudaram, mas apenas ligeiramente. O novo estudo centra-se, em vez disso, no nanoconfinamento — restringir o movimento dos polímeros envolvendo as cadeias com uma estrutura rígida.
Os investigadores fabricaram uma rede tridimensional porosa de nanotubos de carbono de parede única com poros de apenas alguns nanómetros de largura. Depois infundiram resina epóxi nesta “nanogaiola”criando redes interligadas de nanotubos e polímero.
Como os poros minúsculos são mais pequenos do que o espaço de que as cadeias poliméricas necessitam para se moverem, o calor tem muito menos capacidade de amolecer o material da forma habitual. Os testes demonstraram que as cadeias permanecem em grande parte presas no interior da gaiola.
Isto significa que o plástico mantém a rigidez a temperaturas em que o epóxi comum se deforma, apresenta muito menos fluência sob tensão e expande-se muito pouco quando aquecido. A sua expansão térmica diminuiu mais de 98% em comparação com o polímero original.
Para tornar o material mais prático para utilização no mundo realos investigadores combinaram a gaiola de nanotubos com tecido de fibra de carbono, criando um compósito em camadas que conjuga resistência à escala nanométrica com a durabilidade do reforço tradicional.
Este material híbrido manteve mais de 90% da sua rigidez até cerca de 370 °C — permanecendo rígido a temperaturas em que muitas ligas de titânio aeroespaciais começam a perder resistência.
Em testes de chama que atingiram cerca de 1.000ºCestruturas contendo a nanogaiola resistiram à combustão visível durante muito mais tempo do que compósitos convencionais de fibra de carbono.
Dito de forma simples, isto significa que o plástico poderia ser utilizado em aplicações que envolvem muito calor, como componentes de motores mais levesestruturas de veículos supersónicos resistentes ao calor e invólucros de baterias que retardam a propagação de incêndios. Até alterações incrementais nos materiais podem ter grandes efeitos ambientais e económicos na aviação e nos transportes.