Espuma sintática

Uma espuma sintática é um material composto celular, consistindo de uma matriz na qual microesferas ocas, por exemplo, feitas de vidro, foram injetadas . Para o caso de uma matriz polimérica (“plástico”), é possível, por exemplo, utilizar poliepóxido , poliéster , poliuretano ou polipropileno . Este material é utilizado em alguns veículos marítimos, submarinos, aeroespaciais e terrestres.
Uma espuma sintática metálica também pode ser obtida por metalurgia do pó .

Propriedades

As espumas sintáticas têm duas vantagens:

  1. leveza: aumentando mais ou menos a proporção de microesferas, pode-se obter uma densidade próxima a 600  kg · m -3 (muito mais leve que a água, cuja densidade é de 1000  kg · m -3 );
  2. sua resistência a altas pressões isostáticas (de várias centenas de bares, que corresponde às pressões que prevalecem sob a água a uma profundidade de vários quilômetros).

Quanto mais a proporção de microesferas é aumentada, menor é a densidade da espuma sintática obtida e mais isolante é a espuma. No entanto, é então mais frágil (menor resistência mecânica e à pressão). A presença de cavidades (microesferas) na matriz reduz grandemente a resistência a tensões diferentes da compressão  : assim, as espumas sintáticas (como todas as espumas não elásticas, aliás) não são adequadas para resistir na tração ou na flexão . Restrições físicas podem ser responsáveis ​​por micro-danos à espuma

Se seus poros estão abertos e o polímero transparente, eles são mais frágeis, mas podem exibir propriedades radiativas e de absorção interessantes para certos usos.

No entanto, se adicionarmos grandes variações de temperatura às variações de pressão, a espuma pode se quebrar e as microesferas se encherem de água, o que degrada as propriedades de isolamento e clareamento da espuma.
Seu envelhecimento e resistência a longo prazo são objeto de estudos, principalmente em condições de alta pressão .

Experimentos recentes (publicação 2017) consistiram no reforço da espuma pela adição de 1% (em volume) de nanoplaquetas de grafeno (GnP), GnP tratado e negro de fumo . Essa espuma, então, apresenta uma resistência significativamente melhorada em uma situação de flexão, tração, compressão, porém a carga máxima de tração durante os testes diminuiu com a adição das nanoplacas, enquanto aumentou com a adição de negro de fumo.

Usos

Suas propriedades principais (ver acima) e, em particular, uma condutividade térmica inicial de cerca de 0,12  W .K -1 .m -1 a 25  ° C e à pressão atmosférica os tornam úteis para isolar termicamente certos objetos ou para produzir objetos flutuantes (bóias) que são rígidos e continuam a flutuar se forem perfurados acidentalmente. Eles também constituem certos elementos do ROV , desempenhando então o papel de flutuadores resistentes à pressão e equilibrando a máquina.

Desde os anos 1980 e 90, eles também têm sido usados ​​para isolar veículos subaquáticos destinados a grandes profundidades (vários milhares de metros).

Outras propriedades os tornam interessantes para o isolamento térmico de dutos em regiões frias, e de dutos subaquáticos no mar, inclusive para perfurações extremas conhecidas como "HP / HT" (alta pressão / alta temperatura). Extremamente, os hidrocarbonetos recuperados o são em temperaturas atingindo 130  ° C ou mesmo 180  ° C e se sua temperatura cair abaixo de 40  ° C , sua viscosidade diminui e eles formam hidratos e depósitos de parafina. As empresas petrolíferas querem espumas sintáticas capazes de resistir a pelo menos 20 anos, por exemplo, para isolar e proteger dutos de aço.

As espumas sintáticas também são usadas para absorver a energia de projéteis ou choques durante a deformação em certos tipos de armadura .

Notas e referências

  1. Ruckebusch JM (1994) Hollow glass microspheres for syntactic espumas . Ed. Techniques Engineer.
  2. Kartal ME, Dugdale LH, Harrigan JJ, Siddiq MA, Pokrajac D e Mulvihill DM (2017) Observações tridimensionais in situ de mecanismos de dano por compressão em espuma sintática usando tomografia computadorizada de raios-X . Journal of Materials Science, 1-12
  3. Pandey S, Venkat ANC, Mondal DP, Majumdar JD, Jha AK, Rao H & Kumar H (2016) Efeito do tamanho da cenosfera e da fração de volume na microestrutura e comportamento de deformação da espuma sintática de Ti-cenosfera produzida através da rota de metalurgia do pó . Desempenho e caracterização de materiais, 5 (1), 266-288 ( resumo ).
  4. Alvares de Arago EE (1986) Estudo dos danos causados ​​pela água aos compósitos, por meio de ensaios de impacto de flexão (dissertação de doutorado) ( edital do Inist-CNRS
  5. Dan W (1987) Estudos micromecânicos do dano de espumas sintáticas (dissertação de doutorado, Châtenay-Malabry, École centrale Paris) ( resumo ).
  6. Doermann, D. (1995). Modelagem de transferência de calor em materiais semitransparentes, como espuma de poro aberto e previsão de propriedades radiativas (dissertação de doutorado) ( aviso do Inist-CNRS )
  7. Gimenez N (2005) hidrolítica envelhecimento de epoxi-amina / vidro espumas sintácticas de isolamento térmico sob altas pressões: Mecanismos de degradação e de simulação de entrada de água  ; Tese de doutorado defendida em 22 de novembro de 2005, Instituto Nacional de Ciências Aplicadas de Lyon)
  8. Brini A (2004) Modelagem multi-escala do comportamento e envelhecimento de espumas sintáticas submersas (dissertação de doutorado, Tese da Universidade Pierre e Marie Curie).
  9. Ciardiello R, Drzal LT & Belingardi G (2017) Efeitos do negro de fumo e dos nano-plaquetas de grafeno nas propriedades mecânicas da espuma sintática . Estruturas compostas ( resumo ).
  10. Terdre N (2009) O envoltório de espuma sintática ajuda a proteger os invólucros contra danos de HP / HT . Offshore, 69 (3), 70-70.
  11. Bouslah M (2016) Desenvolvimento e caracterização de uma espuma sintática à base de resina fenólica para a proteção de tubos de aço na indústria do petróleo (Tese de Doutorado, Lyon) ( resumo ).

Veja também

Artigos relacionados

Bibliografia