Os materiais usados ​​para o equipamento de proteção pessoal de um soldado podem ser resistentes o suficiente para veículos também, de acordo com um novo estudo do Exército.

Resultados, lançado em 10 de abril na revista Polímero , mostram que os polímeros preenchidos com nanotubos de carbono podem melhorar a forma como os veículos não tripulados dissipam a energia.

Uma equipe liderada pelo Laboratório de Pesquisa do Exército do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA está conduzindo pesquisas teóricas por meio de modelagem computacional.

"Nossa motivação para esta pesquisa é que poderia haver um uso, como material de matriz, para incorporação em compostos leves em sistemas de veículos não tripulados, "disse a Dra. Yelena R. Sliozberg, um cientista de materiais computacionais no laboratório.

Os pesquisadores disseram que os poliuretanos são materiais versáteis usados ​​em uma ampla variedade de aplicações, incluindo revestimentos, espumas e elastômeros sólidos. Como adesivos de filme, por exemplo, eles são comumente usados ​​como agentes de ligação entre camadas de vidro e como camadas posteriores de polímero no vidro transparente ou compostos de plástico, como blocos de visão em janelas laterais usados ​​em veículos táticos. Em particular, polímeros PUU segmentados de alto desempenho exibem propriedades físicas e mecânicas versáteis.

Nesta pesquisa, a equipe usou modelagem por computador para examinar a natureza dos materiais.

Sliozberg disse que os compostos hierárquicos são uma área promissora de pesquisa para os veículos do Exército, pois são menos suscetíveis à corrosão, levando à morte prematura do componente.

"Em contraste com os elastômeros de poli (uretanoureia) de desempenho de compósitos termofixos tradicionais são muito menos frágeis e oferecem controle incomparável sobre a arquitetura do material, "Sliozberg disse." Compósitos de nanotubo de carbono / polímero têm características elétricas e térmicas desejáveis ​​que exibem comportamentos superiores aos materiais de fibra convencionais. "

Sliozberg disse que eles precisam ter uma compreensão mais profunda da natureza das interações de nível molecular nesses materiais, a fim de aumentar os níveis máximos de estresse que podem suportar e adaptar os mecanismos de dissipação de energia.

A modificação química das nanopartículas não é trivial e normalmente diminui suas propriedades ao alterar sua estrutura e química. Por exemplo, o módulo de Young pode ser menor, ela explicou.

Os resultados desta equipe indicam fortemente a eficácia da incorporação de nanotubos de carbono alinhados para a otimização da microestrutura de polímeros PUU hierárquicos na matriz, bem como na interface, sem qualquer modificação da superfície de preenchimento, Disse Sliozberg.

"Isso mostra que a presença de alta afinidade de poli (uretano-ureia) para nanotubos de carbono levaria a uma nova via de síntese verde sem a necessidade de qualquer funcionalização de superfície de nanotubos para a fabricação de nanocompósitos de poli (uretano-ureia) reforçados com nanotubos de carbono hierárquico compósitos, " ela disse.

Os co-autores de Sliozberg para o artigo, "Simulação de dinâmica de partículas dissipativas de separação de microfases em nanocompósitos de uréia de poliuretano" são Jeffrey L. Gair Jr., Cinética, Inc., e Dr. Alex J. Hsieh, do Laboratório Institute for Soldier Nanotechnologies no Massachusetts Institute of Technology.

Futuros veículos do Exército poderiam ver uma melhoria em seus materiais estruturais, uma vez que são menos suscetíveis à corrosão, leve e tem maior condutividade elétrica do que os elastômeros tradicionais. Os materiais também apresentam grande potencial para proteger os veículos contra acúmulo e descarga estática e quedas de raios.

"Certos veículos militares, como helicópteros do Exército, devem suportar vibração e fadiga intensas, e a natureza condutiva desses materiais pode levar a um nível sem precedentes de multifuncionalidade com potencial de monitoramento de saúde estrutural em tempo real por meio de detecção de deformação incorporada e monitoramento de danos que levará a e avaliar com precisão a vida útil restante nos componentes do veículo, "Disse Sliozberg.

Colaboradores da Drexel University estão aprofundando a pesquisa, investigando os usos potenciais de polímeros PUU com nanotubos de carbono como materiais de filamento para impressão 3-D. O laboratório não está conduzindo esses estudos em nenhum veículo. Os pesquisadores planejam colaborar com outras equipes do Exército para testes em um futuro próximo.