Engenheiros de Harvard Revelam Técnica para Aumentar em Dez Vezes a Resiliência da Borracha
Os investigadores da Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) melhoraram significativamente o limiar de fadiga da borracha reforçada com partículas, introduzindo uma nova abordagem multiescala que permite ao material suportar cargas elevadas e resistir à propagação de fissuras através de uma utilização repetida. Esta descoberta promete prolongar o tempo de vida dos produtos de borracha, como os pneus, e tem como objetivo reduzir a poluição causada pela libertação de partículas de borracha durante a sua utilização.
Melhorar as Borrachas Reforçadas com Partículas
O látex de borracha natural apresenta suavidade e elasticidade. Para melhorar as suas propriedades para várias aplicações, como pneus, mangueiras e amortecedores, as borrachas são reforçadas com partículas rígidas, como o negro de carbono e a sílica. Embora estas partículas melhorem significativamente a rigidez da borracha, pouco fazem para aumentar a resistência ao crescimento de fissuras sob estiramento cíclico, conhecido como limiar de fadiga.
Desde os anos 50, o limiar de fadiga das borrachas reforçadas com partículas registou uma melhoria mínima. Esta limitação significa que, apesar dos avanços na tecnologia dos pneus para melhorar a resistência ao desgaste e reduzir o consumo de combustível, pequenas fissuras podem ainda libertar quantidades substanciais de partículas de borracha para o ambiente, contribuindo para a poluição do ar e a degradação ambiental.
Novas Descobertas na Engenharia da Borracha
Em investigação anterior liderada por Zhigang Suo, Allen E. e Marilyn M. Puckett, Professor de Mecânica e Materiais no SEAS, a equipa aumentou com sucesso o limiar de fadiga das borrachas através do alongamento das cadeias de polímeros e do aumento dos emaranhados. No entanto, a questão permaneceu: Como é que esta abordagem se sairia com borrachas reforçadas com partículas?
Surpreendentemente, quando foram adicionadas partículas de sílica à borracha altamente emaranhada, o limiar de fadiga aumentou por um fator de dez, ao contrário do resultado esperado com base na literatura existente.
De acordo com Jason Steck, um estudante de pós-graduação do SEAS e coautor do estudo, este resultado inesperado foi uma revelação significativa. O material desenvolvido pela equipa de Harvard apresenta cadeias de polímeros longas e altamente emaranhadas, juntamente com partículas de sílica agrupadas ligadas covalentemente a essas cadeias. Esta combinação única redistribui eficazmente a tensão à volta das fissuras em duas escalas de comprimento distintas, impedindo a propagação no interior do material.
Implicações e Perspectivas Futuras
A equipa comprovou a sua abordagem submetendo uma amostra de material com uma fenda deliberadamente introduzida a dezenas de milhares de estiramentos, demonstrando que a fenda permaneceu estável sem se propagar.
Zhigang Suo enfatizou as implicações mais amplas das suas descobertas, afirmando que a abordagem de desconcentração de tensão em várias escalas abre caminhos para o desenvolvimento de materiais elastoméricos de alto desempenho com aplicações que vão desde a redução da poluição por polímeros até à construção de máquinas macias avançadas.
Yakov Kutsovsky, um perito residente no Gabinete de Desenvolvimento Tecnológico de Harvard e coautor do artigo, salientou a potencial aplicabilidade destes princípios de conceção em vários sectores, incluindo o fabrico de pneus, produtos industriais de borracha e campos emergentes como os dispositivos portáteis.
Leia O Artigo Original: Nature.
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