Equipe da Universidade do Tennessee desenvolve novo método para visualizar e prever falhas na borracha

Knoxville, TN – Um novo método para garantir consistência e qualidade na fabricação de borracha, desenvolvido por uma equipe de pesquisa da Universidade do Tennessee, Knoxville e Eastman, provavelmente mostrará impacto no mundo real na sustentabilidade e durabilidade de materiais para produtos como automóveis pneus.

À medida que os consumidores nos EUA e em todo o mundo são cada vez mais incentivados a utilizar veículos eléctricos e a afastar-se da dependência de combustíveis fósseis, os actuais utilizadores de veículos eléctricos descobriram um problema de manutenção inesperado. Devido à combinação de maior peso e maior torque, os VEs exercem mais pressão sobre os pneus padrão, fazendo com que eles se degradem 30% mais rápido do que os pneus dos veículos de combustão interna.

O professor Fred N. Peebles da UT e presidente de excelência da IAMM Dayakar Penumadu, juntamente com o estudante de graduação em engenharia elétrica Jun-Cheng Chin, o pesquisador de pós-doutorado Stephen Young e três cientistas da Eastman, publicaram recentemente uma pesquisa destinada a resolver um dos desafios mais comuns da fabricação de borracha: identificar falhas na matéria.

A borracha contém aditivos como óxido de zinco e enxofre que atuam para melhorar a resistência, elasticidade e outras características favoráveis. Quando os ingredientes não são distribuídos uniformemente por um produto de borracha, como um pneu de carro, o material conterá falhas que farão com que o produto se degrade prematuramente.

“Se componentes como o enxofre não se dispersam bem, isso gera pontos duros localizados”, disse Penumadu. “Esse material duro atrai muitas tensões mecânicas e térmicas, fazendo com que o material se degrade prematuramente.”

Mesmo uma falha da largura de um fio de cabelo humano pode diminuir a vida útil de um grande componente de borracha, como um pneu de carro.

“Isso leva a impactos econômicos e de segurança”, disse Penumadu.

Identificar e estudar essas falhas – um campo conhecido como mecânica da fratura – é fundamental para entender o desempenho do material. No entanto, encontrar tais falhas antes que elas causem problemas é um problema que há muito atormenta a indústria da borracha.

“A abordagem atual da indústria é cortar uma pequena amostra de borracha e depois observá-la num microscópio óptico”, disse Penumadu. “Isso não é apenas tedioso e destrutivo, mas também não confiável. Exige que você adivinhe de antemão onde, em uma amostra opaca, você precisa verificar se há inconsistências.”

Além disso, os microscópios ópticos não conseguem diferenciar os componentes da borracha – por exemplo, o enxofre e o óxido de zinco aparecem como manchas brancas.

A equipe de Penumadu superou esse problema mudando da análise óptica para a tomografia computadorizada de raios X. Os raios X que passam pela amostra são espalhados e absorvidos de forma diferente dependendo dos materiais que atingem. Um computador então reconstrói um modelo digital 3D do interior da borracha.

“Este é um ponto muito importante”, disse Penumadu. “O XCT nos permite ver o interior do material de forma não invasiva e podemos realmente ver a distribuição de cada componente.”

A aplicação deste novo método aumenta a capacidade da indústria da borracha de visualizar e prever falhas e acabará por levar a produtos de borracha de qualidade mais consistente e mais duradouros.

Em outubro, a equipe recebeu o Prêmio de Excelência em Publicação 2021 do Journal of Rubber Chemistry and Technology por seu artigo inovador, “Análise quantitativa de dispersão de enxofre em formulações de pneus elastoméricos usando tomografia computadorizada de raios X de alta resolução”, que discute o novo método XCT e suas descobertas de pesquisa.

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