Radiação ultravioleta

As aplicações de FRPs nos tempos actuais têm-se tornado cada vez mais importantes em ambientes exteriores. A matriz polimérica de um compósito FRP, como de qualquer outro sistema polimérico, encontra-se sujeita a degradação causada por radiação ultravioleta (UV) solar. Esta radiação é considerada um dos elementos mais críticos de envelhecimento ambiental pois inicia reacções fotoquímicas que levam à degradação de material de modo irreversível, embora muitos dos seus efeitos em compósitos FRP não sejam totalmente conhecidos. Assim, tendo em conta a função da matriz polimérica, os danos nesta componente crítica podem ter efeitos nas propriedades mecânicas gerais do compósito e limitar a sua vida útil [2.7].

2.5.4.1 Efeitos de radiação ultravioleta em polímeros

Os polímeros comerciais estão sujeitos a foto-degradação iniciada pela componente UV da radiação solar. A matriz polimérica de um compósito FRP está propensa aos mesmos danos fotoquímicos que ocorrem em estruturas poliméricas não reforçadas e em camadas superficiais poliméricas. Deste modo, para compreender os efeitos da radiação UV em materiais GFRP é necessário um conhecimento geral do seu efeito em materiais poliméricos [2.7].

O alcance espectral de radiação solar que chega à Terra varia entre aproximadamente 295 nm perto da região UV até mais de 2500 nm perto da região infra-vermelha. A radiação UV está situada entre os 200 e 400 nm, sendo dividida em três grupos: UVC (200-280 nm), UVB (280- 315 nm) e UVA (315-400 nm) representados na Figura 2.28 [2.61].

Figura 2.28 - Espectro Ultravioleta, adaptado de [2.62].

Muitos materiais poliméricos possuem energia de dissociação de ligações correspondentes aos comprimentos de onda entre 295-400 nm e são fortemente afectados por este espectro de exposição solar. Quanto menor for o comprimento de onda da radiação incidente, maiores são as energias de radiação dos fotões e maior será o potencial de degradação. No entanto, apenas as radiações absorvidas pelo material lhe causam danos, independentemente da sua intensidade. A radiação absorvida por um polímero depende das características do material, bem como das

propriedades da fonte emissora. Por exemplo, nas resinas de poliéster, constata-se que os comprimentos de onda de 330 nm são os que produzem maiores efeitos degradantes [2.63].

Da radiação absorvida, apenas uma percentagem é efectiva na iniciação das reacções de degradação. Quando a radiação UV é absorvida por uma material polimérico na presença de oxigénio, é iniciada uma série de reacções fotoquímicas complexas, levando a mudanças químicas no material. Os primeiros efeitos de um polímero sujeito a radiação UV encontram-se ao nível molecular [2.63].

Segundo Chin et al. [2.64], a exposição acelerada a radiação UV durante 1200 horas em resinas de viniléster e poliéster registou mudanças na topografia da superfície. Ambas as resinas apresentaram um nível substancial de fissurações e algumas „crateras‟. No entanto, não foram observadas quaisquer mudanças na temperatura de transição vítrea. Foi registado um aumento da concentração de oxigénio na superfície da resina, o que é indicativo da formação de novos grupos funcionais contendo oxigénio.

As mudanças químicas e morfológicas induzidas por uma exposição UV são precursoras de mudanças nas propriedades físicas, mecânica e ópticas dos polímeros, variando desde o brilho e a cor (mudanças estéticas), até à degradação mecânica. Os primeiros sinais de danos a um nível macroscópico são usualmente a perda de cor e brilho, os riscos e o amarelecimento. Após períodos mais prolongados de exposição, podem ocorrer danos mais severos sob a forma de fissuração superficial [2.65].

Signor et al. [2.66] notaram um aumento da fragilação nas superfícies de exposição à radiação UV em resinas de viniléster, o que diminuiu as suas resistências ao impacto e tracção a capacidade de deformação.

2.5.4.2 Efeitos de radiação ultravioleta em polímeros reforçados com fibras

Como em qualquer sistema polimérico, a durabilidade, o desempenho e a degradação de compósitos FRP são influenciados pelas condições ambientais e climáticas a que estão expostos. A degradação ultravioleta induzida em compósitos FRP segue tipicamente a seguinte sequência [2.7]:

 Perda de brilho superficial;

 Descoloração superficial;

 Riscos;

 Descamação da superfície de resina;

 Formação de pequenas cavidades por oxidação (pitting);

 Formação de bolhas;

 Perda severa de resina da superfície exterior

 Fibras visíveis e desligadas da superfície;

 Delaminação da superfície.

De acordo com Bogner e Borja [2.67], as propriedades físicas de perfis pultrudidos de viniléster e poliéster após 10 000 horas de exposição UV acelerada em laboratório foram alteradas. A resistência e rigidez de flexão sofreram diminuições entre 0 e 4% nas amostras de teste. Correia [2.1], ao realizar ensaios sobre a durabilidade em perfis de GFRP, registou uma perda de 5% na resistência à flexão após 7 meses de exposição à radiação UV. Constatou também que a extensão na rotura apresentou variações pouco significativas.

As publicações sobre os efeitos da radiação UV nas propriedades mecânicas de compósitos FRP reportam muitos resultados cruzados e contraditórios, além de conclusões diversificadas sobre o efeito nestes materiais. Geralmente, observam-se diminuições de espessura de provetes e efeitos maiores nas propriedades transversais (dominadas pela resina) do que nas axiais [2.8].

Em termos de mitigação destes efeitos em sistemas FRP, a inibição ou atraso da fotodegradação polimérica pode ser alcançada com a introdução de estabilizadores na matriz e também com a aplicação de revestimentos. Os estabilizadores podem controlar a quantidade de radiação incidente ou inibir as reacções químicas iniciadas pela absorção de radiação. Os revestimentos são normalmente poliméricos, podendo ser ou não da mesma resina do sistema (gel coatings) [2.63].