[pt] MONITORAMENTO DA DEGRADAÇÃO HIDROTÉRMICA DE REPAROS DE COMPÓSITO DE TUBULAÇÕES METÁLICAS OFFSHORE - GEOVANE DE ALMEIDA SANTOS DA SILVA (2023)
[pt] Geralmente, o ambiente marinho é o ambiente natural mais agressivo para tubulações metálicas, promovendo corrosão, levando a falhas catastróficas. O método de reparo tradicional metálico soldado é um método de reparo inconveniente e custoso para a indústria. Compósitos poliméricos (FRP) são um material com potencial para reparo devido a sua alta razão resistência/peso e alta resistência à corrosão e degradação ambiental. Porém, os compósitos poliméricos também são suscetíveis a degradação severa quando expostos a condições ambientais agressivas, incluindo absorção de água, temperatura, UV e pressão. Para um melhor entendimento do mecanismo de degradação, amostras de compósito de matriz polimérica reforçado por fibras de vidro e resina epóxi pura foram fabricados e analisados em função do tempo e temperatura de envelhecimento em uma atmosfera salina. Além disso, um grupo de compósitos tiveram suas bordas cobertas com resina epóxi para similar práticas reais comuns no campo, denominado coated FRP. Uma resina epóxi DGEBA bicomponente e um tecido bidirecional de fibras de vidro foram usados como matriz e reforço, respectivamente. O tecido de fibra de vidro detém de uma razão de fibras longitudinais por transversais de 2:1. Os materiais foram sujeitos a envelhecimento de névoa salina em três câmaras à 35, 55 e 70 Celsius por aproximadamente 15171 horas. A concentração de sal na solução usada foi 5.0 por cento por massa. As amostras foram periodicamente retiradas das câmaras de envelhecimento para terem seus ganhos de massa mensurados pelo método gravitacional. Suas mudanças dimensionais também foram capturadas para avaliação do comportamento de inchamento dos materiais. Análises térmicas com DSC e DMTA foram feitas para avaliar o grau de cura dos materiais poliméricos e os efeitos da temperatura na pós-cura do material. Análises químicas com testes FTIR foram feitas para investigar a ocorrência de processos de pós-cura, hidrólise e termo-oxidação durante o envelhecimento. Amostras de compósito para testes destrutivos de flexão e resistência ao cisalhamento (ILSS) foram testados periodicamente para terem suas degradações monitoradas com o tempo. Testes de Excitação por Impulso (IET) e Colorímetro foram realizados como testes não-destrutivos (NDT) complementares. A primeira parte deste trabalho foca na avaliação do comportamento de absorção de umidade nos compósitos e resina epóxi pura. A relação entre a capacidade de absorção de umidade dos materiais, considerando a fração volumétrica de fibras, foi investigada. Além disso, modelos de absorção não-Fickianos também foram aplicados aos dados experimentais do FRP e resina epóxi para considerar desvios do modelo Fickiano padrão. Com isso, relaxações poliméricas e interações polímero-água, assim como mudanças na rede polimérica induzidas por umidade e temperatura, foram investigados. Uma modificação ao modelo não-Fickiano de Berens-Hopfenberg (BH) foi proposta para incluir os efeitos de pós-cura na absorção de umidade; tal modificação aplicada a pós-cura não foi encontrada na literatura. Na segunda parte deste trabalho, o comportamento de inchamento da resina epóxi pura e compósitos revestidos e não-revestidos foi avaliado e correlacionado com a absorção de umidade. A ortotropia do compósito ficou evidente, visto que o material apresentou maior capacidade de inchamento na direção da espessura. Um modelo do tipo Fickiano foi implementado ao inchamento na espessura com o intuito de investigar deformação de inchamento de saturação e a frente de inchamento. A terceira parte deste trabalho foca nos testes destrutivos e na avaliação dos efeitos hidrotérmicos na degradação do material. A temperatura se mostrou um fator acelerador para degradação de propriedade. Além disso, uma metodologia para estimar a curva de serviço de sistemas de reparo e extrapolá-la para temperaturas mais baixas foi elaborada. Metodologias de extrapolação de propriedades para exposição hidrotérmica de longa duração não foram encontradas na literature. Parâmetros como platô de retenção de propriedade e taxa de degradação foram estimados para temperatura ambiente. Curvas de Arrhenius também foram plotadas para avaliar o tempo requerido para alcançar os níveis de retenção em cada temperatura testada. Por fim, duas técnicas não-destrutivas foram utilizadas no FRP e resina epóxi pura como testes complementares como forma de validar os resultados encontrados em outras técnicas. A Técnica de Excitação por Impulso (IET) foi realizada para obter o módulo de Young e boa correlação foi obtida entre o teste IET e o ensaio destrutivo de flexão. Através dos testes colorimétricos, os efeitos de umidade e temperatura foram visíveis, já que a mudança de cor da resina foi mais forte para tempos longos e temperaturas mais altas.