Os engenheiros aeroespaciais implantam habilmente fibra de carbono leve e super resistente para construir caças furtivos e aeronaves comerciais. Os pilotos de F1, como McLaren e Ferrari, também usam o material compósito. Então, como surgiu a OceanGate – a startup por trás do desastre desastroso de 2023? Titã implosão submersível – conseguiu dar tão errado com seu próprio casco de fibra de carbono?
Pesquisadores na Austrália parecem ter descoberto uma nova pista enquanto testavam o desempenho do material infamemente durável para aplicações de voo: a absorção de umidade, eles descobriram, é o fator mais crítico para a degradação dos materiais de fibra de carbono ao longo do tempo.
Engenheiros mecânicos e aeroespaciais do Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) e da Monash University começaram seu estudo investigando como vários designs de fibra de carbono se degradariam quando expostos às intempéries. Embora seus resultados não abordem o caso do Titã sub diretamente, o que eles descobriram não apenas os surpreendeu, mas também levanta questões importantes sobre a prudência de construir submersíveis de alto mar com esse material novamente em um futuro próximo.
“O que descobrimos é que não é a temperatura ou a umidade exata do envelhecimento que mais importa”, disse a coautora do estudo Katherine Grigoriou, pesquisadora de compósitos aeroespaciais da Monash, em um comunicado. declaração“é a quantidade de umidade que o material absorve”.
“Isso significa que se entendermos como a umidade se acumula dentro de uma estrutura composta”, elaborou Grigoriou, “podemos prever com muito mais segurança como será o desempenho ao longo de muitos anos de serviço”.
Criticamente alagado
Grigoriou e seus colegas concentraram sua atenção em como a orientação das fibras de carbono, entrelaçadas, interage com o “condicionamento higrotérmico” (envelhecimento por meio de exposições atmosféricas quentes e úmidas) e impacta os materiais de fibra de carbono de nível aeroespacial.
Eles submeteram três tramas – tramas em ângulo puro de 90 graus, tramas em ângulo de 45 graus e uma mistura dessas duas – ao condicionamento sob 140 graus Fahrenheit (60 graus Celsius) e 176 graus Fahrenheit (80 graus Celsius) e sob 90% e 100% de umidade relativa.
Sua análise do “dano microestrutural”, examinado por tomografia computadorizada de raios X e microscopia eletrônica de varredura, descobriu que os compósitos mistos contendo ângulos de 90 graus e ângulos de 45 graus se saíram melhor na resistência à degradação da absorção de água. (O ângulo puramente de 45 graus, aparentemente, teve o pior desempenho.)
Mas, para sua surpresa, a temperatura e a umidade a que todas essas fibras de carbono foram expostas tiveram pouco impacto nesse processo. A gravidade desses defeitos estruturais, como eles relatado na revista Composites Part A: Applied Science and Manufacturing deste mês, foi “governado apenas pelo teor de umidade final – não pela temperatura ou umidade de condicionamento”.
De acordo com Grigoriou, as descobertas mudaram a forma como os engenheiros deveriam pensar sobre a simulação da estabilidade da vida útil desses materiais por meio desses testes de estresse por calor e umidade em laboratório. O teor de umidade no material deve ser “adequadamente compreendido e controlado”, disse ela.
Design submarino abaixo do padrão
Em 2023, enquanto investigadores da Guarda Costeira dos EUA e do Conselho Nacional de Segurança nos Transportes lutavam para determinar as causas e a culpa pela implosão fatal de alta pressão do Titã sub, alguns acadêmicos já estavam falando sobre esse problema de alagamento.
Arun Bansil, físico do campus da Northeastern University em Boston, contado uma publicação do campus que valia a pena prestar atenção aos “efeitos degradantes da absorção de água no epóxi que liga as fibras de carbono no compósito” ao “avaliar a falha do Titã”.
Dito isto, a ideia básica de usar fibra de carbono em um submarino pode um dia funcionar, especulou Bansil. Uma equipe mais cautelosa que a da OceanGate, sob uma liderança menos dominadora, “acabará por desenvolver materiais à base de fibra de carbono para aplicações em águas profundas”, disse ele, “juntamente com protocolos de teste para uma operação segura”.
Na verdade, os investigadores do NTSB encontraram graves falhas de segurança em todo o OceanGate. Titã projeto, descrevendo em última análise a implosão do submarino, que matou todos os cinco passageiros, como um “tragédia evitável.”
Tal como a tragédia de Ícaro na mitologia grega – a história de um antigo empreendedor em série que voou demasiado perto do Sol com asas de cera – agora parece que um desses lapsos foi tanto um caso de má ciência dos materiais como de simples arrogância.
