Compósitos (do inglês composite) são materiais de engenharia constituídos por dois ou mais materiais distintos com objetivo de oferecer melhores propriedades mecânicas como maior resistência, rigidez, resistência a corrosão, durabilidade e conformabilidade. São utilizados em grande escala nas indústrias aeroespacial, bioengenharia (prótese e órteses) e naval, mas também podem ser encontrados em objetos mais próximos, como banheiras, tubulações e coletes.

A característica que identifica um material compósito é a presença de uma interface nítida entre os materiais utilizados, divididos entre matriz e fibras (Figura 1). Estas últimas são responsáveis pelas propriedades mecânicas e podem ser distribuídas no material em diversos arranjos. Já a matriz, ela confere forma ao produto e distribui o estresse aplicado entre as fibras. Por isso, os materiais compósitos são versáteis, leves e, geralmente, com alta resistência mecânica, ampliando seu uso em veículos e aviões ao permitir menor consumo de combustível.

Apesar da importância e de sua vasta utilização, ainda há desafios para os materiais compósitos justamente por causa de sua maior vantagem: flexibilidade. O número de candidatos de materiais que podem ser misturados com diferentes proporções torna o custo de produção desses materiais bastante elevado, mesmo que o resultado seja um material com excelente performance. Nisso, a modelagem molecular e a simulação estrutural entram na predição de propriedades e comportamento mecânico desses candidatos, diminuindo os ensaios experimentais, o tempo do projeto e, consequentemente, o custo de produção.

As resinas epoxídicas são um dos principais materiais utilizados em compósitos. Na figura 2, é exibido o fluxo de simulação para a determinação de propriedades de resinas. Esse fluxo tem início com BIOVIA Materials Studio, por meio da modelagem molecular para determinação de propriedades termodinâmicas, reacionais e moleculares. Os resultados calculados por BIOVIA Materials Studio são parâmetros de entrada para o software Abaqus, como temperatura de transição vítrea e propriedades mecânicas, possibilitando o desenvolvimento completo do material.

As propriedades mecânicas das resinas epoxídicas determinadas por Materials Studio são importantes também para o desenvolvimento de materiais adesivos para equipamentos eletrônicos, por exemplo. Um artigo publicado em 2019, Molecular Events for an Epoxy−Amine System at a Copper Interface, escrito por Satoru Yamamoto, estudou a adesão de resinas epoxídicas em superfícies metálicas através de BIOVIA Materials Studio.

“We believe that these features are crucial for the design of better performing adhesive resins from the viewpoint of the interfacial phenomena.”

Satoru Yamamoto, Riichi Kuwahara, Mika Aoki, Atsuomi Shundo eKeiji Tanaka

Dessa forma, a simulação molecular é uma ferramenta cada vez mais utilizada pelos especialistas em materiais, por oferecer inúmeras vantagens no tempo do projeto e na redução de ensaios experimentais. BIOVIA Materials Studio integra diversos métodos (quânticos, dinâmica molecular, QSAR, mesoescala) em uma só interface. Confira no vídeo abaixo mais informações sobre a modelagem molecular de resinas epoxídicas.

Referências:

CHATTERJEE Abhijit. Virtual Design of Composite Materials. BIOVIA Blog. 2020.

YAMAMOTO S et al. Molecular Events for an Epoxy−Amine System at a Copper Interface. ACS Appl. Polym. Mater. 2020, 2, 1474−148SA.

Bianca Domingues

Especialista em simulações numérica e molecular na EDC Tecnologia
bianca.domingues@edctecnologia.com.br