Uma equipe de pesquisa liderada pelos professores Tetsuo Takayama, Quan Jiang e Akihiro Nishioka da Escola de Pós-Graduação em Ciência de Materiais Orgânicos da Universidade de Yamagata desenvolveu um modelo avançado para avaliar a dissipação de energia de impacto em termoplásticos reforçados com fibras curtas. A pesquisa, publicada na revista Polymers, destaca como esses materiais podem desempenhar um papel importante na redução das emissões de gases de efeito estufa, substituindo componentes metálicos mais pesados, especialmente quando usados em setores de transporte como automotivo e aeroespacial.
O estudo destaca a importância dos termoplásticos reforçados com fibras curtas na redução das emissões de CO2, particularmente em veículos e aeronaves nacionais, onde a redução de peso é fundamental. Os pesquisadores explicaram que, embora o plástico reforçado com fibra de carbono já seja usado em carros e aeronaves de última geração, seu alto custo limita a adoção generalizada. Em contraste, os termoplásticos reforçados com fibras curtas oferecem uma alternativa mais econômica, tornando-os materiais atraentes para aplicações práticas, como peças de carroceria automotiva.
Os professores Takayama, Quan Jiang e Akihiro Nishioka focaram na resistência ao impacto desses materiais, propriedade fundamental para garantir a segurança no transporte. “Em nossa pesquisa, pretendemos simular e prever a resistência ao impacto de produtos termoplásticos reforçados com fibras curtas, o que é fundamental para entender como esses materiais se comportam sob pressão”, disse o professor Gao Shan. Ao combinar abordagens experimentais e teóricas, eles conseguiram criar um modelo quantitativo que se aproximava dos resultados do mundo real, fornecendo um método confiável para prever as propriedades mecânicas de materiais termoplásticos reforçados com fibras curtas.
Os seus resultados mostraram que a orientação das fibras de vidro na matriz termoplástica desempenha um papel crucial na determinação da resistência ao impacto. Comprimentos de fibra mais curtos devido ao processo de moldagem por injeção tendem a reduzir a resistência geral do material. Os pesquisadores descobriram que otimizar a orientação das fibras e a distribuição do comprimento pode melhorar significativamente a resistência ao impacto, tornando os termoplásticos reforçados com fibras curtas mais duráveis em ambientes de alto estresse, como colisões de veículos.
A pesquisa do professor Takayama também descobriu que a resistência ao cisalhamento da interface da matriz da fibra é um fator chave no controle das propriedades mecânicas desses materiais. “Nosso modelo revela uma estreita correlação entre a resistência ao cisalhamento da interface fibra-matriz e a resistência ao impacto, que pode ser aplicada a uma ampla gama de orientações e comprimentos de fibra”, explica o professor Takayama. As descobertas da equipe têm implicações importantes para o projeto futuro de materiais leves e de alto desempenho para transporte.
Em resumo, este estudo fornece insights sobre as propriedades mecânicas de termoplásticos reforçados com fibras curtas e fornece um modelo confiável para prever sua resistência ao impacto. À medida que os esforços globais para reduzir as emissões de carbono se intensificam, materiais como os termoplásticos reforçados com fibras curtas podem desempenhar um papel cada vez mais importante na consecução dos objectivos de desenvolvimento sustentável, reduzindo o peso dos veículos e melhorando a segurança.
Referência do diário
Jiang, Q., Takayama, T. e Nishioka, A. (2023). “Dissipação de energia de impacto e modelagem quantitativa de termoplásticos reforçados com fibra curta moldados por injeção.” Polímero. Número digital: https://doi.org/10.3390/polym15214297
Sobre o autor
Quan Jiang Doutorando no Departamento de Ciência de Materiais Orgânicos da Universidade de Yamagata. Obteve o diploma de bacharel em engenharia em 2018 (com especialização em projeto mecânico, fabricação e automação pela Heilongjiang Engineering College). De 2017 a 2019, atuou como engenheiro de projeto estrutural de eixo de transmissão composto na China Tai’an Composite Materials Equipment Co., Ltd. Durante esse período, ele desenvolveu um forte interesse em materiais compósitos, particularmente nas interfaces que determinam o projeto de estruturas compostas. Desde outubro de 2020, com curiosidade pela pesquisa sobre resistência de interface de materiais compósitos, começou a cursar mestrado e doutorado na Universidade de Yamagata. Durante sua graduação, ele propôs um método para avaliação da resistência ao cisalhamento interfacial (IFSS) baseado em ensaios de cisalhamento em vigas curtas. Este método mede diretamente o IFSS de produtos moldados por injeção termoplásticos reforçados com fibra (FRTP), induzindo alta tensão de cisalhamento ao encurtar a distância entre os pontos de suporte em um teste de flexão de três pontos. Com base no IFSS de alta precisão medido por este método, ele propôs ainda um modelo quantitativo para a resistência ao impacto Charpy entalhada do FRTP. É autor e coautor de seis publicações publicadas em revistas internacionais com revisão por pares. Suas áreas de interesse incluem: resistência ao cisalhamento interfacial, termoplásticos reforçados com fibra, resistência ao impacto Charpy com entalhe, temperatura de cura e moldagem por injeção. Sua visão de pesquisa é contribuir para o desenvolvimento de materiais compósitos resistentes e ecologicamente corretos.
