64ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 4. Engenharia de Materiais e Metalúrgica

SIMULAÇÃO DE ESTRUTURAS FIBROSAS DE NANOTUBOS DE CARBONO

Mauro Angelo Alves 1 Luiza Folgueras de Castro 1 Inácio Malmonge Martin 2,3 Mirabel Cerqueira de Rezende 1

1. Instituto de Aeronáutica e Espaço – Divisão de Materiais (IAE/AMR) 2. Instituto Tecnológico de Aeronáutica – Departamento de Física 3. Universidade de Taubaté

INTRODUÇÃO:

Materiais fibrosos tais como filtros, tecidos, isolantes térmicos possuem um grande número de aplicações industriais. Recentemente, membros do nosso grupo de pesquisa têm trabalhado no desenvolvimento de materiais absorvedores de radiação eletromagnética baseados na dispersão de nanotubos de carbono na forma de fibras em diversos tipos de matrizes. Materiais fibrosos possuem propriedades particulares, especialmente quando se tratam de materiais dispersos de maneira desordenada, como é o caso de nanotubos de carbono. Por exemplo, características importantes do material produzido tais como as condutividades elétrica e térmica ou a permissividade elétrica dependem de como os nanotubos estão distribuídos tridimensionalmente no interior da matriz e no número de pontos de contato entre eles. Desta forma, para tentar compreender melhor o comportamento desses materiais, elaboramos algoritmos simplificados para simular a geração de estruturas fibrosas tridimensionais.

METODOLOGIA:

Para a simulação da distribuição desordenada de fibras, foi considerado um modelo geométrico simplificado no qual as fibras são tratadas como cilindros rígidos que se conectam através de pontos de contato (ou nodos). A distribuição dessas fibras segue um processo puramente aleatório no qual a deposição de cada fibra no interior da matriz é independente de todas as outras. Também foi assumido que as posições do centro de todas as fibras obedecem a uma distribuição aleatória. Baseado em parâmetros como o comprimento, diâmetro, e densidade das fibras, são calculados quantidades de interesse tais como o número de pontos de contato e a área de contato entre as fibras, e são observados a formação e distribuição de flóculos, aglomerados e poros. Um "solver" de equações matemáticas foi utilizado para desenvolver o modelo.

RESULTADOS:

O modelo desenvolvido foi capaz de representar satisfatoriamente um material fibroso. Duas situações foram simuladas: 1) material constituído por fibras finas e longas, e 2) material constituído por fibras finas e curtas. Os resultados mostram uma assimetria na correlação entre porosidade do material e cobertura total de fibras. No caso em que as fibras possuem comprimento constante, o diâmetro dos poros diminui em função do diâmetro das mesmas, o que implica que o diâmetro médio dos poros é controlado pelo comprimento total de fibras por unidade de volume e proporcional ao cubo do diâmetro das fibras.

CONCLUSÃO:

O modelo simplificado para a simulação de materiais fibrosos produziu resultados satisfatórios. A representação tridimensional da distribuição das fibras é bastante similar à descrita na literatura. O modelo desenvolvido é portátil e pode ser utilizado também na prática de ensino. Uma limitação do modelo desenvolvido é a simulação de fibras rígidas, apenas. Fibras rígidas são similares, por exemplo, a materiais como a fibra de vidro ou fibras de pequeno comprimento. Porém, o modelo está sendo modificado para simular também fibras flexíveis.

Palavras-chave: Materiais Fibrosos, Simulação Computacional, Fibras.