Tecidos Mais Fortes Que Aço? Entenda a Ciência dos Materiais Compósitos

Desde capacetes de motocicletas até carros formula um e aviões, a busca por materiais extremamente fortes e cada vez mais leves traz melhorias não só para o quotidiano, mas liberdade para estender a criatividade e criar inovações que desafiam mais as nossas ideias. Materiais compósitos resultaram desta procura e hoje são responsáveis por grandes avanços em setores como o militar e aeroespacial. Embora hoje a acessibilidade e disponibilidade de tais materiais não seja viável para ser usado nas aplicações mais comuns do dia a dia devido a custo de produção, o futuro parece promissor para o desenvolvimento deles e por isso é importante saber como eles funcionam.

Quando é falado o tópico de materiais compósitos muitos imaginam fibra de carbono ou de vidro e pensam que é algo novo criado apenas agora, porém materiais compósitos podem ser encontrados em casas do antigo Egito onde eram usados tijolos de lama e palha ou em muitos trabalhos artesanais feitos de papel machê, uma combinação de cola e papel.

Figura. 1: Tijolos feitos de palha e lama encontrados em estruturas no egito (acima) e exemplo de uma estrutura feita de cola e papel, também conhecida como papel machê (abaixo)

Ambos os exemplos dados são muito diferentes não só em aplicação, mas também em materiais usados, o que leva a questionar o que são realmente materiais compósitos. Materiais compósitos são uma união entre dois ou mais materiais com composição e estruturas completamente diferentes, e que quando juntos possuem propriedades melhores comparando com suas propriedades individuais. Tanto o papel machê como o tijolo egípcio e outros exemplos são compostos por uma fibra e uma matriz. A fibra é o componente que da estrutura ao material e é responsável por aguentar os impactos e os esforços aplicados à peça. A matriz é geralmente feita de uma agente aderente e tem como função manter todas as fibras unidas umas com as outras e dar forma ao material.

Figura 2: Ilustração sobre a composição de um material compósito

Hoje, com o avanço da tecnologia e a descoberta de novos materiais e técnicas de fabricação, encontramos disponíveis no mercado as fibras de carbono, vidro e aramida, e resinas para serem usadas como matriz com diversas propriedades desde condução elétrica até aguentar temperaturas extremas. Os materiais criados atualmente são capazes de aguentar impactos enormes, como visto em coletes a prova de bala, e suportar mais peso em comparação a muitos aços. Um teste feito em um eixo de um carro formula um mostrou que a fibra de carbono aguentou três vezes mais que o aço. É importante lembrar também que a fibra de carbono é 4 vezes mais leve que o aço, ou seja, é mais forte com menos peso.

Com este tipo de propriedade e diferentes combinações, muitas aplicações surgiram para este material. Em 2016, Elon Musk, fundador da SpaceX, criou um tanque enorme feito de fibra de carbono para ser usado no programa espacial interplanetário em rumo a Marte. Ele afirma que é a parte mais forte da nave e a mais difícil de fabricar. O objetivo do tanque é carregar nitrogênio liquido, o que mostra ser um desafio para os engenheiros, pois precisa suportar não só temperaturas baixas sem a resina separar a fibra, mas também pressões elevadas durante a decolagem.

Figura 3: Tanque feito completamente de fibra de carbono

Porém estas aplicações não são reservadas apenas para projetos tão ambiciosos. Uma aplicação mais prática e próxima pode ser observada na aviação comercial. O Boeing 787 como apresentado na figura abaixo aplica uma grande quantidade de materiais compósitos em sua estrutura. O uso destes materiais impacta em questões importantes como ambientais, segurança dos passageiros e custo da viagem, pois reduzindo o peso estrutural com a aplicação destes materiais, há aumento na eficiência da aeronave, que reduz o consumo de combustível, beneficiando os passageiros e o meio ambiente.

Figura 4: Materiais empregados no Boeing 787. Podemos observar que a maior parte da estrutura é composta principalmente por fibra de carbono, o que não se vê em aeronaves de gerações anteriores, que utilizavam o alumínio como principal material estrutural

Essa tecnologia também pode ser encontrada em nossos produtos. Como exemplo, as aeronaves da série Auster AT – 120 têm sua estrutura construída por uma casca híbrida de fibra de vidro e carbono, o que garante eficiência e bom desempenho durante as exaustivas operações de mapeamento, além de proteger todos os componentes internos da aeronave. Vale lembrar que a combinação de duas diferentes fibras também otimiza o custo do equipamento, pois os materiais mais nobres e de alto custo são utilizados apenas em regiões que necessitam de maior resistência.

Figura 5: Aeronave da série Auster AT 120, com casco fabricado inteiramente de materiais compósitos

O uso dos materiais compósitos está avançando com grande velocidade e cada vez mais, não só as empresas, mas todas as pessoas devem estar atentas às novidades para que estejam atualizadas sobre as grandes possibilidades que eles trazem.

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