Em um novo estudo, pesquisadores da North Carolina State University descobriram uma maneira de melhorar a eficiência energética de parte do processo de fabricação de fibra de carbono ? um material forte às vezes usado no lugar do aço para fabricar veículos, aviões e aviões mais leves e potencialmente mais eficientes em termos de combustível. outros produtos.
No Journal of Applied Polymer Science, pesquisadores relataram resultados de um experimento em que adicionaram dois produtos químicos derivados biologicamente encontrados em certas frutas em um material precursor de fibra de carbono. Eles descobriram que com a adição dos dois produtos químicos, iniciar o processo de conversão química de fabricação de fibra de carbono exigia menos energia. Os produtos químicos são ácidos de açúcar chamados ácido glucárico e ácido múcico.
“Há uma demanda crescente por fibra de carbono e, quando se trata de fibra de baixo custo, uma das principais aplicações é para uso como material estrutural em veículos”, disse Ericka Ford, professora assistente de engenharia têxtil, química e ciência da Estado NC. “Neste estudo, descobrimos que, ao adicionar os dois produtos químicos ao material precursor, podemos reduzir potencialmente a quantidade de energia necessária para concluir uma etapa do processo de fabricação da fibra de carbono e ajudar a reduzir parte do custo”.
Antes de usar os produtos químicos no laboratório, os pesquisadores recorreram à modelagem computacional para obter uma prévia do que aconteceria quando adicionassem os dois compostos químicos ao material precursor. Seu interesse pelos produtos químicos foi inicialmente despertado depois que um deles, o ácido glucárico, foi listado pelo Departamento de Energia dos EUA como um produto químico de importância industrial.
“Estávamos interessados em entender como esses produtos químicos iriam interagir com o material precursor, então, usando modelos de computador e simulações, pudemos observar seus parâmetros de interação antes mesmo de começarmos o trabalho de laboratório”, disse a coautora do estudo Hannah Dedmon, pesquisadora do estado da Carolina do Norte. estudante graduado. “Somos capazes de desacelerar as coisas e focar em detalhes em nível atômico, para os quais estamos cegos no laboratório”.
Em seguida, eles testaram experimentalmente a fabricação do material precursor, um material plástico chamado poliacrilonitrila (PAN) que às vezes é conhecido como “acrílico”.
O processo de fabricação de fibra de carbono a partir de PAN é um processo de “fiação” de primeiro fazer filamentos muito finos – como fazer algodão doce ou como uma aranha tecendo uma teia, disseram os pesquisadores.
Primeiro, eles fazem um material semelhante a gel que tem uma consistência semelhante ao mel. Em seguida, eles empurram o “mel” através de uma agulha minúscula para se transformar em um pequeno filamento, como um minúsculo fio de cabelo. Então, eles aquecem os cabelos a temperaturas muito altas. Esse processo de aquecimento ajuda a converter os filamentos de PAN em uma estrutura que forma a base da fibra de carbono.
Os aditivos diminuíram a energia necessária para iniciar o processo químico de fazer a estrutura de carbono do PAN cinco vezes. Os pesquisadores dizem que isso também poderia reduzir o custo geral dessa etapa do processo de fabricação, tornando a reação mais rápida.
“Estas são pequenas moléculas com grupos funcionais que são capazes de iniciar a reação com muito mais eficiência do que se não estivesse na fibra”, disse o principal autor do estudo, Debjyoti Banerjee, doutorando na NC State.
Os pesquisadores planejam analisar outros aditivos e, possivelmente, usar modelos de computador para prever quais deles podem obter o maior retorno possível.
“Estamos interessados em ver outros produtos naturais que poderíamos adicionar às fibras PAN e influenciar sua utilidade para a conversão em fibra de carbono”, disse Ford.
O estudo, “Cyclization kinetics of gel-spun polyacrylonitrile aldric-acid sugars using the isoconversional approach”, foi de autoria de Banerjee, Dedmon, Ford, Farzin Rahmani e Melissa A. Pasquinelli.
Publicado em 02/02/2022 03h58
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