Resumo:
Por muito tempo, as cabines de aeronaves modernas usaram extensivamente materiais compostos para atender a requisitos rigorosos, como leveza, alta resistência e resistência ao fogo. No entanto, estes materiais são muitas vezes difíceis de reciclar no final da sua vida útil e acabam em aterros ou incineração. Agora, investigadores suíços desenvolveram um novo material compósito de resina epóxi que deverá mudar esta situação e trazer soluções mais sustentáveis para a indústria da aviação e até mesmo para a indústria do transporte ferroviário.
A pesquisa foi realizada pelo Laboratório Federal Suíço de Ciência e Tecnologia de Materiais (Empa) em parceria com a empresa de especialidades químicas Elantas. A equipe de pesquisa desenvolveu com sucesso um novo sistema de material compósito que é ao mesmo tempo retardador de chama e reciclável. Seu principal avanço está no aprimoramento da resina epóxi tradicional.
A resina epóxi é amplamente utilizada em compósitos de engenharia moderna devido à sua capacidade de combinar firmemente diferentes materiais para formar uma estrutura geral que é ao mesmo tempo leve e de alta resistência. No entanto, esta vantagem também traz um problema que há muito atormenta a indústria. A resina epóxi tradicional é um plástico termoendurecível que forma uma estrutura molecular reticulada estável e permanente durante o processo de cura, conferindo ao material excelentes propriedades mecânicas, resistência ao calor e estabilidade dimensional. Mas, ao mesmo tempo, essa estrutura também torna o material difícil de desmontar novamente, tornando quase impossível a reciclagem eficaz de materiais compósitos.
Um aditivo contendo fósforo desenvolvido por pesquisadores muda isso. O aditivo, quando misturado à resina epóxi durante o processo de fabricação, não só confere ao material propriedades retardantes de chama, mas também permite que o material curado amoleça e até mesmo se separe sob certas condições, possibilitando a reciclagem.
A equipe de pesquisa se concentrou desta vez em um material compósito estrutural em formato de "favo de mel sanduíche", amplamente utilizado em aeronaves e trens. Este tipo de material geralmente consiste em um núcleo leve em forma de favo de mel de aramida, coberto com uma camada de fibra de vidro ou tecido de fibra de carbono na parte externa, e então as várias partes são firmemente unidas com resina epóxi. Devido à sua alta resistência, leveza e excelente resistência ao fogo, é amplamente utilizado em pisos de cabines de aeronaves, interiores de trens e estruturas internas de outros equipamentos de transporte.
O pesquisador do Empa Advanced Fiber Laboratory, Sabyasachi Gan, disse que, no campo da engenharia, é um enorme desafio focar em leveza, resistência mecânica, resistência ao fogo e sustentabilidade, tudo no mesmo material. Em muitos casos, quando um material ganha uma propriedade, muitas vezes sacrifica outras.
No âmbito de um projeto apoiado pela Agência Suíça de Inovação, a equipe de pesquisa e a Elantas verificaram o processo de reciclagem de toda a estrutura composta. Os resultados mostram que o material compósito pode ser desmontado em seus componentes originais usando apenas solventes adequados e calor moderado, recuperando com sucesso a estrutura em favo de mel de aramida e as camadas de fibra de vidro ou fibra de carbono.
Esta conquista tem um significado prático importante. Quer se trate de materiais alveolares de aramida ou fibra de carbono, o processo de fabricação requer altos custos e grandes consumos de energia. Se estes materiais de alto valor puderem ser reutilizados após a retirada do produto, isso não só reduzirá a geração de resíduos, mas também ajudará a reduzir os custos gerais do ciclo de vida.
Os pesquisadores disseram que, teoricamente, espera-se que a própria resina epóxi separada seja reciclada no futuro, mas a tecnologia relevante ainda requer pesquisa e verificação aprofundadas.
Testes de desempenho mostram que o novo material compósito atingiu padrões relevantes de segurança contra incêndio e suas propriedades mecânicas são próximas às dos materiais compósitos de resina epóxi tradicionais. Isto significa que novas soluções têm o potencial de atingir objetivos de design recicláveis sem sacrificar a segurança ou a resistência estrutural.
Atualmente, a equipe de pesquisa está trabalhando com a Elantas para promover o trabalho de verificação industrial, na esperança de expandir o processo de produção e reciclagem para uma escala de aplicação comercial. Além das indústrias da aviação e ferroviária, os investigadores também estão a avaliar o seu potencial para utilização em infraestruturas energéticas e construção.
À medida que a indústria da aviação, a indústria de transporte ferroviário e vários campos de produção de alta qualidade enfrentam requisitos ambientais cada vez mais rigorosos, espera-se que esta tecnologia promova a transição dos materiais compósitos do modelo tradicional de "fabricação única e sucata final" para uma nova fase de reciclagem. Para futuras cabines de aeronaves, “leve, retardante de chamas, seguro e reciclável” pode não ser mais uma meta conflitante, mas pode ser alcançada ao mesmo tempo.
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