Pode ser frustrante quando as solas dos seus tênis de corrida favoritos quebram após apenas alguns meses de uso. E se houvesse uma maneira de fazê-los durar mais, mantendo intactos o amortecimento e o conforto? Um estudo recente investiga a estrutura minuciosa da espuma usada nestes sapatos para entender exatamente como e por que eles se desgastam. Ao utilizar tecnologia de imagem de ponta, os investigadores descobriram detalhes fascinantes das alterações microscópicas que causam a degradação deste material, aumentando a esperança para a produção de ténis mais duráveis no futuro.
Pesquisadores de Laboratório 3SR (de Universidade. Alpes de Grenoble, Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica e Grenoble INP), liderado pelo Dr. Laurent Orgéas e sua colega Clara Aimar, Ph.D., Pr. Sabine Rolland du Roscoat, Dra. Lucie Bailly e Dr. Dimitri Ferré Sentis da França Decathlon SEum estudo aprofundado dos mecanismos de fadiga de espumas elastoméricas de células fechadas usadas em tênis de corrida. As suas descobertas, publicadas na revista Polymer Testing, revelam informações importantes sobre como estes materiais se degradam ao longo do tempo e sob pressão, fornecendo informações valiosas para a concepção de calçado desportivo mais durável.
O estudo se concentrou na espuma de etileno vinil acetato (EVA), um material comum em entressolas de tênis de corrida que possui excelentes propriedades de absorção de energia. Apesar do seu uso generalizado, o processo de degradação das espumas de EVA sob estresse repetido não é claro, particularmente a ligação entre a fadiga mecânica e as alterações no nível celular.
Para resolver esse problema, a equipe conduziu testes de compressão cíclica contínua e intermitente em amostras de espuma EVA. Eles usaram tecnologia avançada de microtomografia de raios X para capturar imagens 3D detalhadas da estrutura da célula espumosa antes, durante e após o teste de fadiga. Essa técnica permite aos pesquisadores observar como a microestrutura da espuma evolui sob pressão, proporcionando uma compreensão mais clara dos mecanismos que causam a fadiga.
Os pesquisadores prepararam cuidadosamente amostras de espuma para teste. Eles começaram com folhas de espuma EVA, que depois cortaram em amostras cilíndricas menores. As amostras foram submetidas a repetidos ciclos de compressão para simular as tensões sofridas pelas entressolas dos tênis de corrida durante o uso. Ao usar testes de compressão contínuos e intermitentes, os pesquisadores podem comparar o desempenho da espuma sob diferentes condições e como ela recupera a forma após um período de descanso.
Uma das principais descobertas do estudo foi a identificação de dois principais defeitos induzidos pela fadiga: flexão plástica e formação de rasgos ou buracos na parede celular. Observou-se que estes defeitos têm um impacto significativo na fadiga mecânica da espuma, levando a uma recuperação parcial das propriedades do material quando a ciclagem é pausada. “A interrupção do ciclo observa um achatamento das células ao longo do eixo de compressão, acompanhado de flexão plástica e aumento de rasgos/buracos na parede celular”, explica o Dr.
Estudos demonstraram que as propriedades mecânicas da espuma EVA se degradam de maneira previsível durante ciclos sucessivos. A espuma amolece gradualmente, com alterações significativas ocorrendo principalmente durante os primeiros 5.000 ciclos. Uma rápida degradação inicial é seguida por um declínio lento e constante. Os pesquisadores observam que essas mudanças estão intimamente relacionadas aos defeitos microestruturais observados, que se tornam mais pronunciados com o aumento do número de ciclos.
Além disso, o estudo destaca a importância dos períodos de descanso nos testes de fadiga da espuma EVA. As amostras que foram submetidas à ciclagem interrompida apresentaram recuperação parcial de suas propriedades mecânicas após cada repouso. Esta recuperação é atribuída às propriedades viscoelásticas da espuma e à pressão do gás retido dentro dos poros. “Essas descobertas indicam que a capacidade de uma espuma se recuperar parcialmente entre os ciclos de pressão é crítica para seu desempenho a longo prazo”, disse o Dr. Orgéas.
Em termos de aplicações práticas, esta pesquisa fornece informações valiosas sobre o design de tênis de corrida mais duráveis. Compreender as mudanças microestruturais que ocorrem na espuma EVA sob pressão pode ajudar os fabricantes a desenvolver materiais mais resistentes à fadiga. Isto pode fazer com que o tênis mantenha suas propriedades de amortecimento e absorção de energia por mais tempo, melhorando o desempenho e o conforto dos corredores.
O uso da microtomografia de raios X foi crucial neste estudo. Esta técnica de imagem não destrutiva permite aos cientistas criar modelos 3D detalhados da estrutura interna da espuma. Ao comparar imagens tiradas antes e depois do teste de fadiga, os pesquisadores podem ver como a estrutura interna da espuma muda ao longo do tempo. Eles observaram como as células espumosas, que inicialmente eram redondas e espaçadas uniformemente, tornaram-se deformadas e irregulares com a compressão repetida. “As imagens 3D nos fornecem insights exclusivos sobre as mudanças na estrutura da espuma em nível microscópico”, observa o Dr.
O estudo também utilizou correlação de volume digital, um método de comparação de imagens de diferentes estágios do processo de teste para quantificar o campo de deformação 3D que ocorre dentro da espuma. Essa abordagem permitiu aos pesquisadores correlacionar essas medições de deformação com alta precisão ao grau em que a parede celular se dobra e à formação de rasgos ou buracos. Ao combinar essas técnicas avançadas de imagem, a equipe pode vincular as propriedades mecânicas da espuma a mudanças estruturais específicas para obter uma compreensão abrangente do processo de fadiga.
No geral, o estudo do Dr. Orgéas e colegas representa um importante passo em frente na nossa compreensão dos mecanismos de fadiga das espumas elastoméricas de células fechadas. Ao vincular a fadiga mecânica a alterações microestruturais específicas, esta pesquisa fornece um caminho para o desenvolvimento de materiais mais duráveis e resilientes para uma variedade de aplicações, particularmente em esportes e competições.
Referência do diário
Aimar, C., Orgéas, L., Rolland du Roscoat, S., Bailly, L., & Ferré Sentis, D. (2023). “Mecanismos de fadiga de espumas elastoméricas de células fechadas: investigações mecânicas e microestruturais usando microtomografia de raios X ex-situ.” Teste de Polímero, 128, 108194.
Número digital: https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2023.108194
