[pt] As mangueiras termoplásticas, um dos componentes funcionais mais importantes dos
umbilicais, são compostas de tubo interno, reforço de fibra sintética e capa externa fabricada
em material termoplástico com proteção contra ozônio e radiação ultravioleta (UV). A
poliamida 11 (PA11) e o poliuretano termoplástico (TPU) são geralmente especificados para as
capas externas, mas outros materiais que atendam a função podem ser utilizados, como o
polietileno de alta densidade (PEAD). Independentemente do polímero selecionado para a
fabricação das capas, elas precisam garantir a integridade das camadas inferiores da mangueira
em um ambiente offshore severo devido à exposição constante ao sol e ao ambiente marítimo.
Não é grande a quantidade de trabalhos que estudaram e correlacionaram os efeitos da
sobreposição da radiação UV e ambiente salino nos materiais PA11, TPU e PEAD. Assim, o
objetivo deste trabalho foi comparar as propriedades mecânicas e térmicas de PA11, TPU e
PEAD, por meio de análises térmicas, espectroscópicas e de tração antes e após o
envelhecimento por UV e névoa salina, a fim de simular um mecanismo de degradação
semelhante ao da vida real das mangueiras termoplásticas e correlacionar o comportamento
termomecânico dos três materiais após o envelhecimento. Os materiais utilizados para a
fabricação das amostras deste estudo foram obtidos a partir de mangueiras não utilizadas,
extrudadas com PA11, TPU e PEAD comerciais. As capas virgens foram submetidas as análises
por infravermelho (FTIR), termogravimetria (TGA), termogravimetria derivativa (DTGA),
calorimetria exploratória diferencial (DSC) e ensaio de tração, para obtenção das propriedades
iniciais dos materiais. Em seguida, foram realizados os testes de envelhecimento, que foram
desenvolvidos em quatro ciclos. O primeiro ciclo foi o envelhecimento por UV por 720h das
amostras inicialmente na condição virgem (1° ciclo: UV), o segundo ciclo foi o envelhecimento
por névoa salina por 720h das amostras envelhecidas do primeiro ciclo (2° ciclo: UV+NS), o
terceiro ciclo foi o envelhecimento por névoa salina por 720h das amostras inicialmente na condição virgem (3° ciclo: NS) e o quarto ciclo foi o envelhecimento UV por 720h das amostras
envelhecidas do terceiro ciclo (4° ciclo: NS+UV). Após o término de cada ciclo de
envelhecimento, as amostras de PA11, TPU e PEAD foram submetidas à mesma análise das
amostras virgens para fins comparativos. No FTIR todos os materiais apresentaram redução na
intensidade dos picos característicos do material, associado a quebra de ligações das cadeias.
No PEAD ocorreu o aumento do índice de carbonila e no TPU o surgimento de novo grupo
funcional (estiramento C=C em alcenos), associados à oxidação da cadeia polimérica, cisão da
cadeia e possível reticulação. Os testes térmicos mostraram um aumento na temperatura de
degradação e pequena alteração na temperatura de fusão do PA11 associado à extração de
plastificante; no PEAD e TPU ocorreu a diminuição da estabilidade térmica dos materiais após
os envelhecimentos e não foram identificadas alterações na temperatura de fusão. Nos ensaios
de tração foi verificado no PA11 e PEAD uma diminuição do módulo de elasticidade após os
envelhecimentos, atribuída ao processo de cisão das cadeias poliméricas e consequente
diminuição da massa molar e no TPU foi observado uma tendência ao aumento da tensão na
deformação de 300% nas amostras envelhecidas por UV+NS, NS e NS+UV e uma tendência
ao aumento da tensão de ruptura nas amostras envelhecidas por NS+UV, associado a uma
concorrência entre a cisão de cadeias e reticulação. A partir dos resultados encontrados nesse
estudo, pode-se concluir que o material menos afetado com os ciclos de envelhecimento em sua
estrutura química e termicamente foi o PA11. Em relação ao comportamento mecânico, o TPU
sofreu menos influência em suas propriedades comparado aos demais materiais. / [en] Thermoplastic hoses, one of the most important functional components of umbilicals, are
composed of inner liner, synthetic fibre reinforcement and outer sheath manufactured from
thermoplastic material with protection against ozone and ultraviolet (UV) radiation. Polyamide
11 (PA11) and thermoplastic polyurethane (TPU) are generally specified for the sheaths, but
other materials that meet the function can be used, as high density polyethylene (HDPE).
Regardless of the polymer selected for the sheath manufacturing, they need to guarantee the
hose lower layers integrity in an offshore environment due to constant sun exposure and to the
maritime environment. The amount of works that studied and correlated the effects of the
overlap of UV radiation and saline environment on PA11, TPU and HDPE materials is not
large. So, the objective of this work was to compare the mechanical and thermal properties of
PA11, TPU and HDPE, by thermal, spectroscopic, and tensile analysis before and after UV and
salt spray aging, in order to reproduce a degradation mechanism similar to real life of the
thermoplastic hoses and relate the thermomechanical behavior of the three materials after aging
to evaluate the material which best suits the use of the sheath. The materials used to manufacture
the samples in this study were obtained from unused hoses, extruded with commercial PA11,
TPU and HDPE. The virgin sheaths were submitted to infrared (FTIR), thermogravimetric
(TGA), derivative thermogravimetric (DTGA), differential scanning calorimetry (DSC)
analysis and tensile test, to obtain the initial properties of the materials. Then the aging tests
were carried out, which were developed in four cycles. The first cycle was UV aging for 720h
of samples initially in the virgin condition (1st cycle: UV), the second cycle was salt spray
aging for 720h of aged samples from the first cycle (2nd cycle: UV+NS), the third cycle was
salt spray aging for 720h of samples initially in the virgin condition (3rd cycle: NS) and the
fourth cycle was UV aging for 720h of aged samples from the third cycle (4th cycle: NS+UV).
After the end of each aging cycle, the PA11, TPU and HDPE samples were submitted to the same analysis as the virgin samples for comparative purposes. In FTIR, all materials had a
reduction in the intensity of the material characteristic peaks, associated with breaking chain
bonds. In HDPE, there was an increase in the carbonyl index and in TPU, the formation of a
new functional group (C=C stretching in alkenes), associated with oxidation of the polymeric
chain, chain scission and possible crosslinking. Thermal tests showed an increase in the
degradation temperature and a small change in the melting temperature of PA11 associated with
plasticizer extraction; in HDPE and TPU, there was a decrease in the thermal stability of the
materials after aging and no changes in the melting temperature were identified. In the tensile
tests, a decrease in the modulus of elasticity was observed in PA11 and HDPE after aging,
attributed to the process of scission of the polymeric chains and consequent decrease in molar
mass, and in TPU, a tendency to increase tension in deformation of 300% was observed in the
samples aged by UV+NS, NS and NS+UV and a tendency to increase tensile strength in
samples aged by NS+UV, associated with competition between chain scission and crosslinking.
From the results found in this study, it can be concluded that the material least affected by aging
cycles in its chemical structure and thermally was PA11. Regarding the mechanical behavior,
TPU suffered less influence in its properties compared to other materials.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:63338 |
| Date | 25 July 2023 |
| Creators | KARINE COSTA MACHADO MENEZES |
| Contributors | JOSE ROBERTO MORAES D ALMEIDA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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