Avaliação do comportamento de degradação térmica e dos parâmetros cinéticos de cura de um adesivo estrutural baseado em epóxi com aplicação no setor de óleo e gás

Abstract

Atualmente, no setor de óleo e gás, a otimização dos processos de união de materiais por meio do uso de adesivos estruturais e o desenvolvimento de novas técnicas de adesivagem são áreas de estudo prioritárias. Embora técnicas como a soldagem ainda sejam valorizadas por sua robustez em condições extremas de pressão e pela versatilidade de aplicação, a exposição a condições ambientais severas representa um risco significativo à segurança, especialmente devido à susceptibilidade à corrosão acelerada. Os adesivos estruturais emergem como uma alternativa promissora, oferecendo vantagens como o aumento da razão resistência/peso, a capacidade de unir materiais dissimilares, a melhor distribuição dos estresses mecânicos por toda a área da junta, e a redução da concentração de tensões. Além disso, eles mitigam riscos à segurança dos trabalhadores, eliminando faíscas que poderiam causar explosões em contato com gases e petróleo provenientes da exploração em plataformas. Dado que a técnica de união adesiva ainda é utilizada de maneira relativamente simples, o estudo das propriedades térmicas e cinéticas das juntas adesivas é de suma importância para o aprimoramento da técnica e para a expansão de seu uso em aplicações mais complexas. Este estudo, portanto, visa avaliar os comportamentos térmicos e cinéticos de decomposição e cura de um adesivo estrutural baseado em epóxi, aplicado na indústria de óleo e gás. Para isso, foram realizadas análises por Termogravimetria (TGA) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). A cinética de decomposição foi estudada utilizando o modelo de Ozawa-Flynn-Wall (OFW), enquanto a cinética de cura foi investigada por meio do modelo de Borchardt e Daniels. Esses estudos são cruciais para compreender e prever o desempenho do adesivo sob diferentes condições operacionais, contribuindo para a segurança e eficácia das operações no setor de óleo e gás.

Currently, in the oil and gas sector, the optimization of material bonding processes through the use of structural adhesives and the development of new adhesive bonding techniques are considered priority areas of study. While techniques such as welding are still highly valued for their robustness under extreme pressure conditions and the versatility of application, exposure to harsh environmental conditions poses significant safety risks, particularly due to the susceptibility to accelerated corrosion. Structural adhesives emerge as a promising alternative, offering advantages such as an increased strength-to-weight ratio, the ability to bond dissimilar materials, better distribution of mechanical stresses across the joint area, and reduced stress concentrations. Moreover, they mitigate risks to worker safety by eliminating sparks that could cause explosions when in contact with gases and oil from platform exploration. Given that adhesive bonding techniques are still relatively simple in their application, the study of the thermal and kinetic properties of adhesive joints is crucial for improving the technique and expanding its use in more complex applications. Therefore, this study aims to evaluate the thermal and kinetic behaviors of decomposition and curing of an epoxy-based structural adhesive used in the oil and gas industry. For this purpose, analyses were conducted using Thermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The decomposition kinetics were studied using the Ozawa-Flynn-Wall (OFW) model, while the curing kinetics were investigated using the Borchardt and Daniels model. These studies are essential for understanding and predicting the adhesive's performance under various operational conditions, thereby contributing to the safety and efficiency of operations in the oil and gas sector.