p Os mais novos jatos de passageiros Airbus e Boeing voando hoje são feitos principalmente de materiais compostos avançados, como plástico reforçado com fibra de carbono - extremamente leve, materiais duráveis ​​que reduzem o peso geral do avião em até 20 por cento em comparação com aviões com corpo de alumínio. Essas fuselagens leves se traduzem diretamente em economia de combustível, que é um ponto importante a favor dos compósitos avançados. p Mas os materiais compostos também são surpreendentemente vulneráveis:embora o alumínio possa resistir a impactos relativamente grandes antes de rachar, as muitas camadas nos compósitos podem quebrar devido a impactos relativamente pequenos - uma desvantagem que é considerada o calcanhar de Aquiles do material.

p Agora, os engenheiros aeroespaciais do MIT descobriram uma maneira de unir camadas de compósitos de forma que o material resultante seja substancialmente mais forte e mais resistente a danos do que outros compósitos avançados. Seus resultados são publicados esta semana na revista. Ciência e Tecnologia de Compósitos .

p Os pesquisadores prenderam as camadas de materiais compostos usando nanotubos de carbono - rolos de carbono da espessura de um átomo que, apesar de sua estatura microscópica, são incrivelmente fortes. Eles incorporaram minúsculas "florestas" de nanotubos de carbono dentro de uma matriz de polímero semelhante a cola, em seguida, pressionou a matriz entre as camadas de compostos de fibra de carbono. Os nanotubos, parecendo minúsculo, pontos alinhados verticalmente, trabalharam dentro das fendas de cada camada composta, servindo como um andaime para manter as camadas juntas.

p Em experimentos para testar a resistência do material, a equipe descobriu que, em comparação com os materiais compostos existentes, os compósitos costurados eram 30 por cento mais fortes, resistir a forças maiores antes de se separar.

p Roberto Guzman, que liderou o trabalho como pós-doutorado do MIT no Departamento de Aeronáutica e Astronáutica (AeroAstro), diz que a melhoria pode levar a mais forte, peças de avião mais leves, especialmente aquelas que exigem pregos ou parafusos, que pode quebrar compósitos convencionais.

p "Mais trabalho precisa ser feito, mas temos certeza de que isso nos levará a mais fortes, aviões mais leves, "diz Guzman, que agora é pesquisador do Instituto de Materiais IMDEA, na Espanha. "Isso significa uma grande economia de combustível, o que é ótimo para o meio ambiente e para o nosso bolso. "

p Os co-autores do estudo incluem o professor Brian Wardle da AeroAstro e pesquisadores da empresa sueca aeroespacial e de defesa Saab AB.

p "Tamanho importa"

p Os materiais compósitos de hoje são compostos de camadas, ou folhas, de fibras de carbono horizontais, mantidos juntos por uma cola de polímero, que Wardle descreve como "muito, muito fraco, área problemática. "As tentativas de fortalecer esta região de cola incluem fixação em Z e tecelagem 3-D - métodos que envolvem prender ou tecer feixes de fibras de carbono por meio de camadas compostas, semelhante a empurrar pregos através de madeira compensada, ou passe pelo tecido.

p "Um ponto ou prego é milhares de vezes maior do que fibras de carbono, "Wardle diz." Então, quando você os dirige através do composto, você quebra milhares de fibras de carbono e danifica o composto. "

p Nanotubos de carbono, por contraste, têm cerca de 10 nanômetros de diâmetro - quase um milhão de vezes menor que as fibras de carbono.

p "Tamanho importa, porque somos capazes de colocar esses nanotubos sem perturbar as fibras de carbono maiores, e é isso que mantém a resistência do composto, "Wardle diz." O que nos ajuda a aumentar a resistência é que os nanotubos de carbono têm 1, 000 vezes mais área de superfície do que fibras de carbono, o que permite que eles se liguem melhor à matriz polimérica. "

p Empilhando a competição

p Guzman e Wardle criaram uma técnica para integrar uma estrutura de nanotubos de carbono na cola de polímero. Eles primeiro cultivaram uma floresta de nanotubos de carbono alinhados verticalmente, seguindo um procedimento que o grupo de Wardle desenvolveu anteriormente. Em seguida, eles transferiram a floresta para uma pegajosa, camada composta não curada e repetiu o processo para gerar uma pilha de 16 camadas compostas - uma composição laminada composta típica - com nanotubos de carbono colados entre cada camada.

p Para testar a resistência do material, a equipe realizou um teste de suporte de tensão - um teste padrão usado para dimensionar peças aeroespaciais - onde os pesquisadores colocaram um parafuso através de um orifício no composto, em seguida, arrancou-o. Embora os compósitos existentes normalmente quebrem sob tal tensão, a equipe descobriu que os compostos costurados eram mais fortes, capaz de suportar 30 por cento a mais de força antes de quebrar.

p Os pesquisadores também realizaram um teste de compressão em orifício aberto, aplicar força para apertar o orifício do parafuso fechado. Nesse caso, o compósito costurado resistiu 14 por cento a mais força antes de quebrar, em comparação com os compostos existentes.

p "Os aprimoramentos de resistência sugerem que este material será mais resistente a qualquer tipo de eventos ou recursos prejudiciais, "Wardle diz." E como a maioria dos aviões mais novos são mais de 50 por cento compostos por peso, melhorar esses compostos de última geração tem implicações muito positivas para o desempenho estrutural da aeronave. "

p Stephen Tsai, professor emérito de aeronáutica e astronáutica na Universidade de Stanford, diz que os compostos avançados são incomparáveis ​​em sua capacidade de reduzir os custos de combustível, e portanto, emissões de aviões.

p "Com seu peso intrinsecamente leve, não há nada no horizonte que possa competir com materiais compostos para reduzir a poluição de aeronaves comerciais e militares, "diz Tsai, que não contribuíram para o estudo. Mas ele diz que a indústria aeroespacial se absteve de um uso mais amplo desses materiais, principalmente por causa de uma "falta de confiança na tolerância a danos [dos materiais]. O trabalho do Professor Wardle aborda diretamente como a tolerância a danos pode ser melhorada, e, portanto, como uma maior utilização do desempenho intrinsecamente incomparável de materiais compostos pode ser realizada. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.