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Do termofixo ao termoplástico: qual é o segredo da misteriosa transformação de compósitos de matriz polimérica?
No mundo da ciência dos materiais, os compósitos de matriz polimérica (PMC) são um tipo de material extremamente utilizado atualmente. São materiais compósitos compostos por diversas fibras curtas ou fibras contínuas e uma matriz polimérica orgânica. Esses materiais não são apenas leves, mas também oferecem excelente resistência ao desgaste, à corrosão e alta rigidez e resistência na direção do material de reforço. Portanto, as aplicações PMC são indispensáveis desde a indústria aeroespacial até a automotiva.
“Os compósitos de matriz polimérica não são apenas um material, mas uma conquista que integra tecnologia e inovação.”
O material da matriz dos compósitos de matriz polimérica desempenha um papel extremamente crítico, não apenas unindo as fibras, mas também responsável pela transferência de cargas entre as fibras. Esses materiais de matriz são geralmente divididos em termofixos e termoplásticos. Hoje, os materiais termofixos dominam as aplicações práticas, incluindo uma variedade de sistemas de resina, como resinas epóxi, resinas fenólicas, poliuretanos e resinas epóxi, que continuam a ser amplamente utilizados na indústria de materiais compósitos avançados.
Singularidade da resina termofixa
A resina termoendurecível requer o uso de um agente de cura ou endurecedor para promover a reação. Ela é embebida em materiais de reforço e depois curada para formar um produto acabado curado. Vale ressaltar que, uma vez curados, tais produtos acabados não podem ser alterados ou remodelados, exceto para processamento posterior. A resina epóxi tem sido usada na indústria americana há mais de quatro décadas e é conhecida como um dos materiais mais usados.
“A resina epóxi tem sido a primeira escolha para materiais compósitos avançados devido ao seu excelente desempenho e resistência confiável.”
Além da resina epóxi, o poliuretano e a resina fenólica também estão gradativamente ganhando atenção na aplicação de materiais compósitos. Essas resinas proporcionam resistência e durabilidade em partes iguais no reforço de compósitos, e sua seleção dependerá das características de desempenho desejadas do produto final.
O potencial das resinas termoplásticas
A representação de materiais termoplásticos em compósitos de matriz polimérica é relativamente pequena. A característica é que esse tipo de material não sofre reações químicas durante o processamento, mas se transforma no produto acabado por meio da aplicação de calor e pressão. Ao contrário dos termofixos, os termoplásticos podem ser aquecidos novamente e reformados em outros formatos, uma propriedade que lhes confere mais flexibilidade.
“A capacidade de reprocessamento das resinas termoplásticas as torna particularmente importantes nas mudanças na demanda do mercado.”
Aplicação de reforço de fibras e nanomateriais
Em compósitos de matriz polimérica, a adição de fibras resulta em aproximadamente 60% do volume sendo fibras de reforço. Os materiais de fibra mais comuns incluem fibra de vidro, fibra de grafite e fibra de aramida. Embora a fibra de vidro tenha rigidez relativamente baixa, ela também é relativamente barata, o que a torna amplamente utilizada em diversas aplicações. Além disso, os nanotubos de carbono são introduzidos como nanomateriais, o que pode melhorar significativamente as propriedades mecânicas em uma pequena proporção de volume (menos de 2%).
“Os nanotubos de carbono tornaram-se uma direção popular na pesquisa em ciência de materiais devido às suas excelentes propriedades mecânicas intrínsecas e baixa densidade.”
No entanto, conseguir a transferência de carga útil entre os nanotubos de carbono e a matriz polimérica depende de uma boa ligação interfacial entre os dois. Para tanto, diferentes métodos foram desenvolvidos para facilitar a ligação entre eles, incluindo estratégias de modificação não covalente e covalente. Espera-se que essas estratégias melhorem o desempenho do compósito final.
Perspectivas Futuras
Com novos desenvolvimentos na ciência dos materiais, o potencial dos compósitos de matriz polimérica permanece subexplorado. Seja melhorando o desempenho das fibras, melhorando a tecnologia de processamento de resinas ou explorando novos nanomateriais, eles podem se tornar o foco de pesquisas futuras. Embora os materiais termofixos dominem o mercado atual, as características dos termoplásticos trazem, sem dúvida, novas possibilidades para o futuro design de materiais.
Como os compósitos de matriz polimérica podem manter sua competitividade na fronteira tecnológica em constante mudança e atender às necessidades futuras?
