Uma equipe de pesquisadores da Escola de Pós-Graduação em Ciência de Materiais Orgânicos da Universidade de Yamagata, liderada pelo Prof. Tetsuo Takayama, Guan Jiang e Prof. Akihiro Nishioka, desenvolveu um modelo avançado para avaliar a dissipação de energia de impacto em termoplásticos reforçados com fibras curtas. O trabalho, publicado na Polymers, destaca o importante papel que a substituição de componentes metálicos pesados pode desempenhar na redução das emissões de gases de efeito estufa, especialmente quando utilizada em setores de transporte como automotivo e aeroespacial.
O estudo enfatiza a importância dos termoplásticos reforçados com fibras curtas na redução das emissões de dióxido de carbono, particularmente em veículos domésticos e aeronaves, onde a redução de peso é fundamental. Embora os plásticos reforçados com fibra de carbono sejam usados em automóveis e aviões de última geração, seu alto custo limita a adoção generalizada, explicam os pesquisadores. Em contraste, os termoplásticos reforçados com fibras estreitas oferecem uma alternativa mais econômica, tornando-os um material atraente para aplicações práticas, como peças de carrocerias de automóveis.
O professor Takayama, Guan Jiang e o professor Akihiro Nishioka focaram na resistência ao impacto desses materiais, uma propriedade importante para garantir a segurança no transporte. “Em nosso estudo, pretendemos modelar a resistência significativa ao impacto de produtos termoplásticos reforçados com fibras curtas, o que é fundamental para entender como esses materiais se comportam sob estresse”, disse o professor Takayama. Usando uma combinação de abordagens experimentais e teóricas, eles foram capazes de desenvolver um modelo quantitativo que se aproxima dos resultados do mundo real, fornecendo um método confiável para prever o desempenho mecânico de materiais termoplásticos reforçados com fibras estreitas.
Os resultados do seu estudo mostram que a orientação das fibras de vidro na matriz termoplástica desempenha um papel importante na determinação da resistência ao impacto. O menor comprimento da fibra causado pelo processo de moldagem por injeção tende a reduzir a resistência geral do material. Os pesquisadores descobriram que otimizar a orientação da fibra e a distribuição do comprimento pode melhorar significativamente a resistência ao impacto, tornando os termoplásticos reforçados com fibra mais curtos 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 fibra-matriz é um fator importante que rege o desempenho mecânico desses materiais. “Nosso modelo revelou uma forte 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”, explicou o professor Takayama. As descobertas da equipe têm implicações importantes para o projeto futuro de materiais leves e de alto desempenho na indústria de transportes.
Em conclusão, este estudo fornece uma compreensão mais profunda das propriedades mecânicas dos termoplásticos reforçados com fibras curtas e fornece um modelo confiável para prever a 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 desempenham um papel cada vez mais importante na consecução dos objectivos de sustentabilidade, reduzindo o peso e melhorando a segurança dos veículos.
Nota de diário
Jiang, K., Takayama, D. e Nishioka, A. (2023). “Dissipação de energia de impacto e modelos quantitativos de termoplásticos reforçados com fibra curta moldados por injeção.” Polímeros. DOI: https://doi.org/10.3390/polym15214297
Sobre o autor
Guan Jiang em Ciência de Materiais Orgânicos pela Universidade de Yamagata, Ph.D. Ele se formou em 2018 como Bacharel em Engenharia (pelo Instituto de Tecnologia de Heilongjiang, com especialização em Projeto Mecânico, Fabricação e Automação). De 2017 a 2019, foi engenheiro de projeto estrutural de eixo de transmissão composto na China Taiyan Composite Materials Facilities Co., Ltd. Durante esse período, ele desenvolveu um forte interesse em materiais compósitos, particularmente a interface que determina o projeto de estruturas compósitas. A partir de outubro de 2020, cheio de interesse pelo estudo da resistência interfacial em materiais compósitos, passou a cursar mestrado e doutorado na Universidade de Yamagata. Durante sua graduação, ele propôs um método de avaliação de resistência ao cisalhamento de interface (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). Com base no IFSS de alta precisão medido por este método, ele propôs ainda um modelo quantitativo para a resistência relativa ao impacto do entalhe 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 notch Charpy, temperatura de solidificação e moldagem por injeção. Sua visão de pesquisa é contribuir para o desenvolvimento de materiais compósitos resistentes e ecologicamente corretos.
