AVALIAÇÃO DO ENVELHECIMENTO DE DUTOS COMPÓSITOS

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1 AVALIAÇÃO DO ENVELHECIMENTO DE DUTOS COMPÓSITOS Aluna:Luiza Gabriela Araujo da Silva Professor: José Roberto Moraes d Almeida Objetivo O objetivo da fase inicial deste projeto é a caracterização do material compósito de matriz polimérica,utilizado na fabricação de tubos, em termos de fração volumétrica e da disposição das fibras. Introdução Compósitos são materiais que buscam conjugar dois tipos de materiais distintos com a finalidade de obter um material com propriedades superiores [1]. Por isso, o emprego deste tipo de material vem crescendo em diversos campos da engenharia. Assim, a indústria do petróleo e gás tornou-se consumidora em potencial deste tipo de material devido a seus rígidos requisitos de exploração e produção, tendo em vista que os materiais compósitos apresentam inúmeras vantagens, tais como baixa densidade, elevadas resistência e rigidez específicas e facilidade de se produzir peças com inúmeros formatos. Tais características permitem que os compósitos, e em especial os compósitos de matriz polimérica, sejam utilizados no transporte de derivados, águas de serviço e em reparos de dutos metálicos. Tubos em material compósito são fabricados com uma sucessão de orientações das fibras dispostas em relação ao eixo dos tubos; com isso podem ser projetados tubos com diferentes propriedades mecânicas, mesmo que se mantenham constantes as frações volumétricas da matriz e das fibras [2]. Assim, é necessária uma avaliação detalhada da microestrutura do material para a compreensão do comportamento mecânico dos tubos fabricados em compósitos. Metodologia Para a caracterização da microestrutura do material foi utilizada uma metodologia de obtenção e analise de imagens usando-se um microscópio óptico motorizado. Nesse

2 microscópio é possível a captura automática de imagens segundo um padrão préestabelecido no plano x-y, bem como é possível a obtenção de focalização automática pelo controle do movimento do microscópio no eixo z [3]. Para que a captura das imagens seja possível, entretanto, é preciso previamente preparar as amostras segundo a técnica usual de preparação de amostras para análise ao microscópio óptico, a qual consiste das etapas de embutimento, lixamento e polimento [4]. Assim, foram preparadas duas amostras seguindo a seguinte sequência de fases: I) Embutimento que consiste em envolver a amostra com uma resina sintética (nesse caso foi usada uma resina epoxi de cura a frio) e que tem por objetivo facilitar as etapas de preparação seguintes; II) III) Lixamento nessa etapa a amostra é lixada, com o objetivo de aplainá-la e de eliminar riscos e marcas mais profundas da superfície. O lixamento foi realizado com lixas de carbeto de silício com diferentes granulometrias. A sequência de lixamento usada foi: lixa 220, lixa 320, lixa 400, lixa 600 e, finalmente, lixa Cada etapa do lixamento foi feita com bastante água e as amostras foram lavadas entre a passagem de uma lixa para outra para evitar que partículas mais grosseiras contaminassem o lixamento na lixa de menor granulometria e provocasse riscos indesejados; Polimento que consiste em fazer um acabamento superficial fino, para se obter uma superfície plana, polida e isenta de qualquer arranhão. Foi usada pasta de diamante na granulometria de 6 e 1 µm. A Figura 1 mostra uma amostra embutida, a lixadeira e a politriz empregadas. Figura 1 Etapas de preparação das amostras. a) Amostra embutida; b) Lixamento, c) Polimento.

3 Análise e caracterização das amostras preparadas As amostras polidas foram observadas em um microscópio óptico Zeiss AxioPlan 2 ie, motorizado e controlado por software. As imagens foram capturadas com uma câmera digital AxioCam HR, com resolução de 1300 x 1030 pixels, com aumentos de 20X, 50X e 100X. Durante a fase inicial de caracterização não foi possível analisar detalhadamente as amostras preparadas pois, na fase de embutimento, as amostras não foram posicionadas ortogonalmente e, portanto as fibras ficam inclinadas em relação ao plano de polimento. A Figura 2 mostra uma imagem da amostra polida, mas com as fibras inclinadas em relação ao plano de polimento. Figura 2 Imagem obtida pelo procedimento padrão de polimento (Aumento: 20X). Devido a isso, não foi possível obter a definação esperada para quantificar as fibras durante o processo de captura de imagens e novas amostras precisam ser preparadas. Entretanto, foi possível observar que a metodologia de preparação, no que se refere ao polimento e definição das fibras foi satisfatória, pois foram observadas com clareza as bordas das fibras, o que é essencial para o posterior processamento de imagens, e também foram observados poucos riscos na matriz de resina do compósito.

4 As Figuras 3 a 6 ilustram esses aspectos. Na Figura 3 é possível distinguir as bordas das fibras e também a diferença de orientação entre as diferentes camadas que formam o compósito. A Figura 4 mostra em maior aumento a camada de fibras com disposição quase ortogonal ao plano de polimento. Podem ainda ser observados alguns arranhões devido ao procedimento de preparação, mas as bordas das fibras estão bem delineadas e há um bom contraste entre a matriz e as fibras. Esse contraste também é necessário para a etapa posterior de análise de imagens. Figura 3 Imagem obtida pelo procedimento padrão de polimento, revelando as diversas camadas das fibras (Aumento: 20X). Figura 4 Detalhe da camada de fibras na parte superior da imagem na Figura 3. (Aumento: 100X). As Figuras 5 e 6 mostram a diferença de acabamento, quando o polimento é bem conduzido (Figura 5) ou não (Figura 6). A presença de riscos é ruim para o processamento de imagnes, pois os riscos podem gerar sinais/tonalidades que são interpretadas de forma incorreta pelo programa de análise.

5 Figura 5 Imagem obtida após preparação com o procedimento descrito. Preparação adequada, revelando as fibras e com a matriz lisa, sem riscos profundos. (Aumento: 50X). Figura 6 Imagem obtida após preparação com o procedimento descrito. Preparação ainda inadequada. As regiões com risco na matriz tem tonalidade diversas da matriz polida corretamente. (Aumento: 50X). Conclusão Os resultados parciais obtidos nesse semestre de vigência da bolsa (Janeiro 1013 a Julho 2013) mostraram que o procedimento desenvolvido para preparação das amostras está adequado para produzir superfície lisas e praticamente isentas de riscos. Isso permitirá, empregando a metodologia de análise de imagens a quantificação dos percentuais de fibra e de matriz, bem como dos eventuais vazios presentes no material compósito.

6 Referências [1] W. D. Callister, Jr. Ciência e Engenharia de Materiais. Uma Introdução. Editora LTC, [2] J. G. Á. de Oliveira, A. A. U. Torres, S. Paciornik, J. R. M. d Almeida, M. H. P. Maurício. Análise de um compósito complexo pr microscopia eletrônica digital e análise de imagens, Matéria, 11(3), , [3] J. R. M. d Almeida, S. Paciornik. Evolution in the characterization of composite materials through digital microscopy, Mater. Sci. Research J., 1(3/4) , [4] L. R. De Souza. Determinação das condições operacionais ótimas de tubos de materiais compósitos produzidos por enrolamento filamentar. Relatório final PIBIC, 2008.