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Para os fãs da Fórmula 1, a McLaren é uma referência incontornável, um pilar do campeonato há décadas. Se muitos se lembram das dificuldades enfrentadas pela escuderia em 2015, após ter retomado a parceria de longa data com a Honda, poucos sabem que a McLaren revolucionou este desporto no início dos anos 80.
No domingo, 12 de abril de 1981, o circuito de Buenos Aires viu Nelson Piquet conquistar a vitória que acabaria por coroá-lo campeão, mas outro acontecimento marcante, mais discreto, também ocorreu: o Marlboro-McLaren MP4/1 fez a sua estreia em corrida como o primeiro monocoque em fibra de carbono.
A temporada de 1981 começou em meio a controvérsias. A FISA recusou-se a homologar o Lotus 88 com seu conceito inovador de chassi duplo, enquanto o Brabham BT49C causou sensação ao usar uma suspensão hidropneumática que contornava a regra de altura mínima de 6 cm, aproveitando ao máximo o efeito solo e mantendo o carro colado à pista. Na época, a equipe Brabham era dirigida por Bernie Ecclestone. A solução em fibra de carbono da McLaren foi rapidamente copiada por todas as equipes do circo da Fórmula 1. Para entender o porquê, basta dar uma olhada na evolução dos chassis. Os primeiros carros eram baseados em chassis de aço do tipo escada, que seriam ridículos nos carros de estrada atuais. Em meados da década de 1950, os fabricantes passaram a usar chassis tubulares de aço soldado, e então as ligas de alumínio gradualmente se tornaram o padrão. No início, eram simples chapas de alumínio aparafusadas ao chassi, mas no início da década de 1980 elas foram substituídas por painéis sanduíche: um núcleo alveolar entre duas finas camadas de alumínio. Esses painéis eram leves e rígidos, mas planos, difíceis de curvar e impossíveis de soldar. Por isso, eram geralmente colados e rebitados com suportes de alumínio. Quando a McLaren introduziu os revestimentos de fibra de carbono em abril de 1981, a flexibilidade desse material permitiu moldar todo o chassi em uma única estrutura verdadeiramente monocoque. Um material composto é composto por duas partes: uma fibra de reforço e uma matriz que liga as fibras entre si e distribui as cargas. As fibras mais conhecidas são o vidro, a aramida (Kevlar) e o carbono; existem outras, como o Zylon, o basalto, a cerâmica ou mesmo as fibras vegetais, embora estas últimas nunca tenham encontrado o seu lugar nos compósitos utilizados no desporto automóvel. A fibra de carbono em si é derivada do PAN (poliacrilonitrilo), um polímero também conhecido no mundo têxtil como Dralon. O processo envolve três etapas: oxidação a cerca de 250 °C, carbonização em atmosfera sem oxigênio a 1.000-1.500 °C e, finalmente, grafitização a mais de 2.000 °C. Ajustando a temperatura e o tempo de permanência, os fabricantes podem adaptar a rigidez e a resistência à tração da fibra. Os filamentos obtidos são agrupados em toros de 1000, 3000 ou 12 000 filamentos, que são depois tecidos ou dispostos em camadas para formar tecidos.
A matriz é geralmente uma resina sintética (poliéster, epóxi, fenólica ou acrílica), embora matrizes metálicas (por exemplo, alumínio reforçado com fibras de boro) e matrizes cerâmicas também tenham sido testadas, sendo estas últimas agora proibidas na F1. Os compósitos com matriz de carbono continuam a ser utilizados para discos e pastilhas de travão. As resinas são geralmente sistemas de dois componentes que endurecem quando misturados, sob o efeito do calor ou dos raios ultravioleta. Na Fórmula 1, o epóxi é o material mais utilizado, oferecendo excelente resistência mecânica; a resina fenólica é reservada para componentes que devem suportar temperaturas superiores a 150 °C. Os compósitos de carbono-epóxi são produzidos por moldagem “por contato”: camadas de tecido de carbono impregnadas com resina líquida são colocadas em um molde pré-tratado e, em seguida, endurecidas – seja à temperatura ambiente durante um dia, seja em um forno aquecido em menos de uma hora. Este método simples requer um equipamento mínimo e pode ser implementado em uma oficina modesta. Existe também uma técnica chamada “moldagem a vácuo”. Seu princípio básico é semelhante ao da moldagem por contato, mas após a colocação da última camada de tecido, uma película de desmoldagem e um feltro de drenagem são adicionados, e então o conjunto é selado em um saco plástico do qual o ar é evacuado com uma bomba. O vácuo dentro do saco, combinado com a pressão atmosférica, cria uma pressão uniforme em toda a peça, melhorando a compactação das camadas de carbono e reduzindo a quantidade de resina necessária para obter um compósito de alto desempenho. O equipamento necessário é mínimo, mas o domínio do processo é mais exigente do que para a moldagem por contato. A infusão funciona segundo um princípio completamente diferente. Camadas de tecido seco são dispostas no molde, envoltas no mesmo saco usado na moldagem por saco, e o ar dentro dele é evacuado com uma bomba. A resina líquida é contida em um reservatório conectado ao saco por um ou mais tubos controlados por válvulas. Quando as válvulas se abrem, o vácuo aspira a resina para dentro do saco, onde ela impregna o tecido. Embora complexo e difícil de implementar, esse método é preferido para componentes de grande porte, como pás de turbinas eólicas.
No método “pré-impregnado” (pré-preg), os tecidos já estão saturados com uma resina muito viscosa e são armazenados congelados. Uma vez retirada do congelador, a resina começa a endurecer muito lentamente, dando ao material uma consistência semelhante a uma fina folha de couro que pode ser facilmente cortada. As camadas de tecido são então dispostas na ordem e orientação necessárias, colocadas no mesmo saco e endurecidas em uma autoclave. A alta pressão dentro da autoclave compensa a viscosidade da resina, garantindo uma compactação adequada. Essa é a técnica usada na Fórmula 1 e na indústria aeroespacial, pois é altamente reproduzível. Paradoxalmente, ela exige menos habilidades manuais, mas continua sendo a mais cara. Os processos menos comuns incluem o enrolamento filamentar para tubos ou garrafas de gás e a moldagem por injeção.
Compósitos carbono/carbono Quando o reforço e a matriz são ambos de carbono, obtém-se um compósito carbono-carbono. Na Fórmula 1, este material é utilizado principalmente para discos de travão. As fibras de carbono são tricotadas ou tecidas em três dimensões para se aproximarem da forma final e, em seguida, impregnadas com breu (um resíduo da destilação do petróleo semelhante ao betume). A peça passa pela mesma série de transformações que o carbono à base de PAN, incluindo uma carbonização a cerca de 1250 °C numa atmosfera inerte de azoto. Depois de removida a crosta superficial, o ciclo de impregnação-carbonização é repetido até obter a homogeneidade desejada. O componente é então impregnado com silício líquido para reforçar a sua resistência à abrasão e, em seguida, grafitado a temperaturas superiores a 2000 °C. Depois de arrefecido, é maquinado para obter as suas dimensões finais. O conceito sanduíche Quando se fala em compósitos, inevitavelmente se evoca o princípio sanduíche: um núcleo leve e incompressível é colocado entre duas camadas compostas. Na Fórmula 1, o núcleo mais comum é o favo de mel Nomex (papel impregnado com resina fenólica), usado em paralelo com o favo de mel de alumínio desde os anos 80. Um núcleo menos conhecido, usado no piso do Chevrolet Corvette, é a madeira de balsa. Sim, a madeira pode fazer parte de uma construção de alta tecnologia. Como a rigidez aumenta com o quadrado da espessura, um aumento de três vezes na espessura resulta em um aumento de 27 vezes na rigidez, o que torna o peso adicional do núcleo insignificante em comparação com o ganho de rigidez.
A fibra de carbono e suas vantagens Além de sua baixa densidade, a fibra de carbono oferece excelente resistência à tração e compressão, bem como grande rigidez. Uma peça de fibra de carbono pode ser quatro vezes mais rígida do que uma peça de liga de alumínio ou dez vezes mais rígida do que uma peça de aço com o mesmo peso. O design composto permite que os engenheiros alinhem as fibras diretamente com as tensões às quais uma peça será submetida, escolhendo o tipo de fibra, o tecido e a orientação para otimizar o desempenho. Essa abordagem personalizada elimina o desperdício de materiais, ao contrário dos metais que, com exceção de processos como a forja, oferecem a mesma resistência em todas as direções. Desenvolvimentos A gama de matrizes e reforços utilizados nos compósitos pouco evoluiu ao longo dos anos, mas os recentes avanços abriram muitas novas utilizações para estes materiais.
Uma das áreas em que houve progressos é a produção: os avanços em prototipagem rápida e ferramentas agora permitem fabricar um componente composto totalmente novo em apenas três dias, incluindo moldes. Além disso, uma gama de tecnologias de impressão 3D permite que os fabricantes trabalhem diretamente com pó de grafite ou fibras longas de carbono sem recorrer a um molde tradicional.
Ao mesmo tempo, esta área abrange extremos, desde nanotubos de carbono com apenas alguns micrómetros até fibras maciças com asas largas que adornam os capôs dos monoplaces atuais. Tomemos o exemplo do Marlboro-McLaren MP4/1. Em 1981, todos os carros do campeonato ainda estavam equipados com uma carroçaria sobre o chassis. O MP4/1, equipado com um motor Ford Cosworth V8 de 3 litros, não era exceção à regra, mas sua revolucionária carroceria de fibra de carbono era moldada em torno de um molde macho em forma de punção. A carroceria nua, visível na foto abaixo, apresentava defeitos de superfície que a tornavam imprópria para a carroceria naquele estágio. Foram necessários vários anos e a integração completa dos amortecedores e outras peças da suspensão para que a carroçaria pudesse também servir de revestimento exterior do carro. A história conta que, no sábado, 11 de abril de 1981, John Watson qualificou-se em 11.º lugar, muito à frente do seu companheiro de equipa Andrea de Cesaris, que ainda utilizava o antigo chassis. No dia seguinte, Watson abandonou a corrida a meio devido a vibrações significativas. No entanto, a 18 de julho do mesmo ano, venceu o Grande Prémio da Grã-Bretanha em Silverstone, marcando o início do domínio da fibra de carbono na Fórmula 1. Conteúdo redigido por Patrice Véronel, distribuído pela FranceF1.
