p Polímeros reforçados com fibras de carbono combinam resistência e baixo peso. Eles também possuem credenciais verdes significativas, uma vez que consomem menos recursos durante a produção e uso, e eles são prontamente reciclados. Embora as propriedades mecânicas dos laminados de fibra contínua sejam suficientemente competitivas para aplicações no setor aeroespacial e automotivo, compósitos reforçados com fibras curtas de carbono podem ser atraentes para fabricação rápida, e até mesmo impressão 3-D para aplicações com requisitos de resistência mais moderados. Como resultado, há grande interesse em otimizar as propriedades mecânicas de termoplásticos reforçados com fibra curta para maximizar o potencial desses materiais. László Szabó e Kenji Takahashi e colegas da Universidade de Kanazawa e do Instituto de Tecnologia de Kanazawa demonstraram agora que a irradiação de termoplásticos de fibra de carbono curta com feixe de elétrons pode melhorar suas propriedades mecânicas. p Os pesquisadores limitaram seu estudo a polímeros para que o composto resultante pudesse ser prontamente reciclado e remodelado em outras formas. Com a preocupação com o meio ambiente em mente, eles focaram o estudo no propionato de celulose de base biológica para a matriz composta. Seu estudo incluiu a investigação dos efeitos da irradiação com feixe de elétrons na resistência de polímeros funcionalizados com ésteres para aumentar a reticulação, e reforçada com fibras de carbono, bem como diferentes formas durante a irradiação (halteres e pellets) e bicos de extrusão longos e curtos.

p Enquanto os pesquisadores foram capazes de demonstrar um nível de controle sobre a reticulação sob radiação com o uso de ésteres funcionalizantes, isso nem sempre era benéfico para as propriedades mecânicas, particularmente quando a rede de polímeros dificultava a mobilidade das fibras. Além disso, sabe-se que há um comprimento mínimo de fibra de carbono abaixo do qual sua inclusão compromete em vez de aumentar a resistência à tração do compósito, pois sua presença causa rachaduras.

p Apesar das desvantagens potenciais da inclusão de fibra de carbono e reticulação induzida por irradiação, os pesquisadores descobriram que a irradiação de pelotas de composto de fibra curta de carbono os tornava mais fortes. Outros estudos sugeriram que a irradiação fortaleceu e alongou as fibras de carbono, enquanto a irradiação de pelotas e a fabricação de halteres a partir das pelotas deixaram matriz de polímero não reticulado suficiente para alguma mobilidade de fibra de carbono para mitigar tensões. O bico mais curto, também diminuiu os efeitos que encurtam a fibra de carbono durante a extrusão.

p "O composto retém seu potencial de reciclabilidade (ou seja, ainda termoplástico) e o tratamento é praticamente livre de produtos químicos, "relatam os pesquisadores. Trabalhos futuros podem incluir uma posterior caracterização mecânica do material.

p Fundo

p Benefícios ambientais dos termoplásticos reforçados com carbono

p Materiais de menor massa requerem menos combustível para movê-los, de modo que explorar as propriedades de peso leve dos termoplásticos em aplicações automotivas pode diminuir as necessidades de combustível. Além disso, os termoplásticos podem ser processados ​​facilmente a partir de componentes amplamente benignos, tornando-os mais facilmente recicláveis.

p A obtenção de fibras de carbono também está se tornando cada vez mais sustentável, com relatos de fibras de carbono produzidas a partir de lignina na biomassa. Como resultado, o uso de fibras de carbono para melhorar as propriedades mecânicas de polímeros termoplásticos pode fornecer uma opção de material ecologicamente correto para aplicações onde as tensões mecânicas e as deformações experimentadas são moderadas.

p Irradiação e reticulação

p A irradiação leva tanto à cisão da cadeia quanto aos efeitos de reticulação em polímeros. Na cisão da cadeia de propionato de celulose supera em muito a reticulação. Embora a funcionalização com ésteres possa melhorar a reticulação sob irradiação, os pesquisadores descobriram que isso na verdade diminuiu a resistência à tração à medida que o polímero se tornou mais rígido.

p Adicionar fibras de carbono pode fornecer locais que iniciam rachaduras. Se as fibras de carbono forem longas o suficiente, o efeito geral ainda é um material mais forte, mas para fibras de carbono curtas, sua inclusão pode enfraquecer o composto. Além disso, a reticulação na matriz polimérica pode inibir a mobilidade da fibra, para que as tensões aumentem.

p Os pesquisadores também descobriram que a extrusão pode encurtar ainda mais as fibras de carbono, um efeito que um bico de extrusão mais curto pode ajudar a mitigar. A irradiação tem um efeito positivo na resistência e no comprimento da fibra de carbono, formando radicais livres que formam ligações covalentes entre os planos da estrutura da fibra grafítica. Como resultado, a produção de halteres a partir de pelotas de polímero aprimoradas com fibra de carbono irradiada melhorou as propriedades mecânicas do material; a irradiação levou a fibras de carbono mais fortes e mais longas, e fazer os halteres a partir de peletes irradiados levou a alguma matriz não reticulada dos diferentes peletes para permitir o movimento da fibra.