Desenvolvimento de comp³sito particulado porcelanato/ep³xi para

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  • DESENVOLVIMENTO DE COMPSITO PARTICULADO

    PORCELANATO/EPXI PARA REVESTIMENTO ANTI-EROSIVO EM

    DUTOS

    POLYANA BORGES DIAS

    UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE UENF

    CAMPOS DOS GOYTACAZES RJ

    OUTUBRO - 2007

  • DESENVOLVIMENTO DE COMPSITO PARTICULADO

    PORCELANATO/EPXI PARA REVESTIMENTO ANTI-EROSIVO EM

    DUTOS

    POLYANA BORGES DIAS

    Tese apresentada ao Centro de Cincia e

    Tecnologia da Universidade Estadual do Norte

    Fluminense, como parte das exigncias para

    obteno do ttulo de Doutor em Engenharia e

    Cincia dos Materiais.

    Orientador: Prof. Eduardo Atem de Carvalho

    CAMPOS DOS GOYTACAZES RJ

    OUTUBRO-2007

  • DESENVOLVIMENTO DE COMPSITO PARTICULADO

    PORCELANATO/EPXI PARA REVESTIMENTO ANTI-EROSIVO EM

    DUTOS

    POLYANA BORGES DIAS

    Tese apresentada ao Centro de Cincia e

    Tecnologia da Universidade Estadual do Norte

    Fluminense, como parte das exigncias para

    obteno do ttulo de Doutor em Engenharia e

    Cincia dos Materiais.

    Aprovada em 23 de Outubro de 2007.

    Comisso Examinadora:

    _______________________________________________________________

    Profa. Marysilvia Ferreira, D.Sc., Qumica - DEMM COPPE UFRJ

    _______________________________________________________________

    Elza Maria Senra de Oliveira, D.Sc., Qumica CEFET Campos/RJ

    _______________________________________________________________

    Prof. Marcello Filgueira, D.Sc., Engenheiro Mecnico LAMAV UENF

    _______________________________________________________________

    Prof. Eduardo Atem de Carvalho, Ph.D., Engenheiro Mecnico - LAMAV UENF

    (orientador)

  • DEDICATRIA

    minha me, por tudo o que

    representa para mim e por ser minha

    fonte de inspirao e modelo de

    superao.

  • AGRADECIMENTOS

    A Deus, em primeiro lugar, pela fora proporcionada para alcanar meus objetivos e

    por estar sempre ao meu lado em todos os momentos.

    A todos os meus familiares, cujo apoio foi fundamental para que as horas difceis

    fossem superadas. Agradeo em especial ao meu marido Lessandro pelo incentivo,

    pacincia e disposio em ajudar, estando sempre ao meu lado. E minha me Regina,

    pela confiana e orgulho que sempre depositou em mim, me dando foras para a concluso

    deste trabalho.

    Ao professor Eduardo Atem de Carvalho, pela amizade, companheirismo e apoio

    fundamentais para a realizao deste trabalho. Por tudo o que com ele aprendi durante todo

    o tempo de nossa convivncia.

    Ao professor Marcello Filgueira, por ter cedido o abrasmetro e tambm por sua

    contribuio com conhecimentos.

    Ao professor ngelus Giuseppe Pereira da Silva, pela ajuda na operao do

    microscpio eletrnico de varredura, e na interpretao das imagens obtidas.

    Ao professor Ronaldo Pinheiro da Rocha Paranhos pelo fornecimento da alumina

    utilizada neste trabalho.

    Ao colega Marclio Nunes Freire, pela amizade e por fornecer as amostras de

    porcelanato.

    Ao bolsista Renan da Silva Guimares e ao colega doutorando do PPGECM Luciano

    Jos de Oliveira pela fundamental ajuda na realizao dos ensaios de abraso.

    Ao funcionrio do LAMAV/CCT Ronaldo Quintanilha Gomes pelo auxlio na

    confeco de amostras de abraso.

    professora Marysilvia Ferreira da COPPE / UFRJ pelo apoio e por ter colocado o

    equipamento de ensaio de fluncia minha disposio. Agradeo em especial ao seu

    orientado, Geovanio de Lima Oliveira, cuja ajuda foi fundamental para que ensaios de

    fluncia fossem concludos e por toda a pacincia e disposio em me ajudar.

    FAPERJ, pelo apoio atravs do benefcio E-26/170.569/2004 APQ-1.

  • RESUMO

    Foi desenvolvido um sistema de proteo contra eroso baseado em misturas

    contendo porcelanato e alumina na forma de p fino e uma resina epxi. Este

    sistema foi comparado a um revestimento comercial, baseado em alumina em p e

    resina epxi. Inicialmente foi usada uma tinta epxi visando uma futura reduo de

    custo no produto final, mas com o progresso dos trabalhos, uma resina pura tambm

    foi testada como matriz, para maiores demandas de usos. Testes de abraso,

    fluncia, medio de espessura e rugosidade superficial foram realizados para

    avaliar o desempenho do novo compsito e possveis usos. A resina e a tinta

    receberam teores 0%, 25%, 50% e 75% de partculas slidas que funcionam como

    carga particulada nos compsitos. Resultados iniciais apontaram para a resina epxi

    com 75% de porcelanato como o mais resistente de todas as misturas (menor perda

    de massa), e tambm o que apresentou o maior valor de mdulo de fluncia e o

    menor valor de taxa mnima de fluncia. Misturas contendo tinta epxi como matriz

    mostraram, como era esperado, os menores valores das propriedades medidas,

    mesmo quando carregadas com alumina finamente particulada, indicando que este

    compsito deveria ser usado em regies sub-crticas ou regies submetidas a

    processos erosivos de grau leve. A nova barreira de proteo contra eroso

    proposta revelou-se confivel, apropriado para substituir o revestimento comercial de

    custo elevado disponvel no mercado.

  • ABSTRACT

    An anti-erosion coating system was developed, based on a mixture containing a

    finely particulated parcelanate and alumina and an epoxy-base resin. This system

    was compared to a commercially available one, based on alumina powder and an

    epoxy-based resin. Initially an epoxy-resin-based paint was used, seeking a future

    cost reduction for the final product, but as the work progressed the pure resin was

    also tested as composite matrix, for more demanding usages. Abrasion, creep, layer

    thickness and surface roughness testes were performed to evaluate the new

    composite performance and possible uses. The resin and paint were loaded with 0%,

    25%, 50%, and 75% amounts of solid particles functioning as composite particulate

    load. Initial results point to a 75% porcelanate mixed with resin as the most resilient

    of all mixtures (lower mass loss) and also the one showing the largest creep modulus

    and lowest minimum creep rate. Mixtures containing the epoxy-based paint as matrix

    showed, as expected, the lowest values for the measured properties, even when

    loaded with fine powdered alumina. Indicating that this composite should be used in

    sub-critical regions or regions submitted to mild erosive processes. The proposed

    new erosion barrier revealed itself reliable, suitable to replace the imported and

    expensive commercially available equivalent.

  • FICHA CATALOGRFICA

    Preparada pela Biblioteca do CCT / UENF 42/2007

    Dias, Polyana Borges Desenvolvimento de compsito particulado porcelanato/epxi para revestimento anti-erosivo em dutos / Polyana Borges Dias. Campos dos Goytacazes, 2007. ix, 135 f. : il. Tese (Doutorado em Engenharia e Cincia dos Materiais) --Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Centro de Cincia e Tecnologia. Laboratrio de Materiais Avanados. Campos dos Goytacazes, 2007. Orientador: Eduardo Atem de Carvalho. rea de concentrao: Materiais e meio ambiente Bibliografia: f. 124-135 1. Eroso 2. Dutos 3. Epxi 4. Porcelanato 5. Compsito l. Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Centro de Cincia e Tecnologia. Laboratrio de Materiais Avanados I. Ttulo

    CDD

    620.118

  • I

    SUMRIO

    Pgina

    1 INTRODUO 01

    2 OBJETIVOS E JUSTIFICATIVAS 04

    3 REVISO BIBLIOGRFICA 05

    3.1 Materiais Compsitos 05

    3.1.1 Compsitos Particulados de Matriz Polimrica 07

    3.1.1.1 - Fatores que Influenciam no Desenvolvimento dos Compsitos 10

    i) Custo 10

    ii) Natureza Qumica, Composio e Impurezas 10

    iii) Densidade ou Gravidade Especfica 10

    iv) Dureza 11

    v) Abraso 11

    vi) Propriedades ticas 12

    vii) Propriedades Trmicas 12

    viii) Forma e Tamanho de Partcula 13

    3.1.1.2 Modificao da Superfcie 14

    3.2 Tintas 14

    3.2.1 Composio das Tintas 15

    3.2.1.1 Solventes 15