BRPI0200366B1 - simulador ambiental para envelhecimento acelerado de polímeros - Google Patents

Abstract

"simulador ambiental para envelhecimento acelerado de polímeros". do tipo que é destinado aos ensaios de envelhecimento acelerado de polímeros através da exposição à radiação ultravioleta, caracterizado pelo fato de compreender três compartimentos indicados pelas referências numéricas (1), (2) e (3); sendo que o compartimento (2) ficam situados o conjunto de lâmpadas (l) que formam duas bancadas (b), os suportes (s) das amostras (c) e o reservatório de água (r), usado nos ciclos de condensação que simulam condições de precipitações pluviométricas; no compartimento (2) são previstas duas estruturas em forma de trapézio (4) cada uma das quais sendo uma armação onde são fixadas as braçadeiras (5) que suportam as lâmpadas (l); devido a simetria do equipamento existem, no compartimento (2), duas janelas (6), uma em cada lateral, cujas dobradiças na região superior permitem a abertura no sentido ascendente.

Description

"Simulador ambiental para envelhecimento acelerado de polímeros".

[001] Rí7i:ere-se o cresente relatório a uma patente de invenção que dl2: respeito a um equipamento simulador ambientai para envelhecimento acelerado de polímeros, o qual tem especial aplicação no campo da pesquisa e especificação de materiais pci itnéricos.

[ 0 0 2 ] fim e n s a i o s d e e n v elhe c 1. me π t cr a c e I e r a d cs de p o 1. i meros a t r a v é s d a e κ, p o s i ç â cr à radiação ultravioleta, uma exigência básica é a disponibilidade tíe um equipamento adequado para realizar o experintento.

[003] For diversas razões, a aquisição deste equipamento nem sempre é possível, 1 r.v iabi i i zando a realização de pesquisas importantes na área d e ma t e r i a .1 s p c 1 i. m é r i c o s .

[004] Existem no mercado alguns equipamentos com o mesmo propósito, como o UVCON Fluorescent UV Condensa t: i.ou líeatherin Eevice, comercial: tadc pe.I ·, empresa ATLAS MATERIAL SOLUTUIONS. Este equipamento não possui um sistema de condensação para simular condições de precip;i taçâe p 1 uviométrica e a área de expos içáo de amos 1: ras é bastante reduzida, cerca de 6000 cm2.

[ 0 D b J Um cut.ro modelo é o QUv-Câmera de testes UV, fabricado pela Q-PANEI. LAB PRODUCTS. Este equipamento é capaz de simular condições de precipitação p 1 uvio mé t r i c: a através d o a q u e c 1 m, e n to da á q u a d o reservatório. As principais desvantagens deste equipamento é o uso de lâmpadas e dispositivos específicos, o que torna c custo de manutenção bastante elevado. Neste aparelho também não é possível manter a temperatura da câmara próxima à ambiente, nos intervalos dos ciclos de condensação.

[006] Existe ainda o modelo C~ UV comercializado pela empresa ADEXIM/COMEXIM. A capacidade deste equipamento é de 54 corpos de prova (enquanto que o Simulador Ambiental comporta mais de 100 corpos de prova para ensai os d e tra ção e 10 0 para ens a áo s de re si st ênc i a a o impacto). 0 custo de aquisição deste equipamento é alto (RS 11.620,00) e sua manutenção também é onerosa, pois o custo das lâmpadas para reposição é de US$ 140,00 a unidade.

[007] Em face do estado da técnica acima descrito, foi desenvolvido o equipamento objeto desta patente de invenção, o qual é capaz de gerar condições que resultem no envelhecimento de materiais poliméricos, de maneira acelerada em relação às condições de intemperi sitio ambiental, possibilitando que o estudo da degradação d e p o .1 i m e r o s seja r e al iza d o e rr. t e m.p o s relativamente curtos, passíveis de comparação com outros experimentos e a baixos custos.

[008 ] Um aspecto diferenciai entre o equipamento proposto e os que integram o estado cia técnica diz respeito ao sistema de ventilação que pode ser utilizado no modo automático, desligando-se durante os ciclos de condensação ou no modo manual podendo estar ligado ou desligado durante o experimento.

[009] Este sistema permite a renovação do ar no interior da câmara de? exposição e irra d 1 ação· em temperat u r a s p r ó x i ma s à a mb 1 e n t: e, possibilitando maior versatilidade do equipamento com relação às condições de envelhecimento, de acordo com o experimento a ser realiza do.

[ 0 010 ) T o d o o e q u i p a m e n t o é constituído de dispositivos simples de operar e que podem ser trocados facilmente, caso apresentem problemas com o uso, O custo destes dispositivos é baixo e são encontrados faciImente no mercado.

[0011] Outro aspecto que diferencia o equipamento objeto desta patente de invenção dos demais pertencentes ao estado da técnica diz respeito ao fato de que no presente simulador, a região de exposição é con.siderave 1 mente maior (13,600 cm; dc que os demai.s modelos, o que permite envelhecer mais corpos de provas uma única vez. t 0012] A1ém disso, a f onte de radiação é uma lâmpada, comercial utilizada em câmaras de bronzeamento artificial, que representam um custo aproximado de 1/5 do valor das .lâmpadas utilizadas nos aparelhos comerciais , [ 0 01 3 ] A s e g u i r a p a t en t e em questão será pormenor.izadamen.te descrita com referência aos desenhos abaixe .relacionados, nos quais: a figura 1. ilustra um gráfico referente ao espectro de emissão das lâmpadas utilizadas no equipamento ora proposto; a figura 2 ilustra um gráfico referente à depreciação das lâmpadas utilizadas no presente equipamento em função do tempo de uso {( ) 0 h, (· ) 7 6 4 h e < ▲ 14 46 h) ; a s fi g ura s 3, 4 e 5 i1us t ram, respectivamente, vistas em perspectiva, frontal, e lateral do equipamento ora proposto, sendo que, as figuras 4 e 5 apresentam cortes parciais que permitem visualizar parte da c onstruti vidade interna d o equipamento; a f igura 6 i1u s t. r a o compartimento das lâmpadas visto isoladamente; a figura 7 i1u s t r a u m a vi s ta lateral do compartimento das lâmpadas; a s f i q uras 8 e 9 i1us t ram v istas d o s uporte de a mo s tr a s; a figura 10 ilustra uma vista do compartimento superior do equipamento; as figuras 11 e 12 ilustram os circuitos elétricos do presente equipamento; a s f i g u ras 1 3 e 11 i 1 u. s t: r a m vistas do compartimento inferior do equipamento; e a figura 15 ilustra um esquema de rodízio das lâmpadas utilizadas no equipamento ora t r a t ado, s e g u n d ο η o rir. a A S1' M G - 5 3 .

[0 014] O s p r i nc i p a is cr i t é r i os levados em. consideração para a escolha da fonte de radiação foram o seu espectro de emissão, priorizando uma lâmpada que simulasse melhor o espectro solar na região do ultravioleta e dimensões de modo a não fugir das especificações da norma ASTM G-53. A lâmpada escolhida como fonte de radiação é do fabricante Philips, modelo CLEO Performance 80W-R. Estas lâmpadas são utilizadas comerciaImente em aparelhos de bronzeamento artificial. 0 espectro de emissão das lâmpadas obtido em um espectrofluorimetro AMINCG, modelo SPF-50C C™ é ilustrado na figura 1. i 0C I 5 j 0tit ras especi f i cacoes técnicas cia lâmpada como depreciação e potência também, sào características importante que devem ser consideradas no momento da escolha. Λ tabela 1 apresenta aIqurnas destas especificações do modelo CLEO Permormanco· oOW-H, fornecidas pele fabricante. — — " ” — 1...........'·»»» — CLEO Performance 80W-R(tipo) Fabfkante Comprim. Diâmetro Voltagem Comente Radiação Potência Vapor Oeprec. (mm) (mm) (V) (A) UV(W) (W) Fluoresc. 500 h(%) PHILIPS 1514,2 40.05 110 0.83 18 80 Mercúrio 20 '0016; A de p re c1aça o d a intensidade luminosa, em aproximadamente 25o pode ser o critério adotado para se fazer o descarte das lâmpadas. Esta depreciação equivale a um tempo de uso de 14 00 horas. 0 cálculo da depreciação foi í ·. , : a partir de valores de emissão das lâmpadas ern diferentes tempos de uso. Λ. fiqiira 2 ilustra uma comparação de espectros, 25017] o equipamento simulador ora tratado e dividido basicamente em três compartimentos * i. rio represenl.ad< nas figuras 3 e 4, sendo que estes eornpartimenfos sào indicados pelas referências I, 2, e 3.

[ 3' o 18] A. a r ma çá o e s t r u t u r a 1 do equipamento é feita com cantcc.e.iras de ferro e c revestimento é feito com folhas de alumínio que sao fixadas às cantoneiras por rebites. O alumínio é um material pouco suscetível á corrosão e nao influencia nos processos de degradação promcvi.dcs poi: < puiparnento. ]0C19] O compartimento 2 e a parte mais importante do equipamento, pois nele ficam situados o conjunto de lâmpadas L suportadas em duas bancadas B, os suportes S das amostras ou corpos de prova indicados pela referência Ceo reservatório de água R usado nos ciclos de condensação que simulam condições de precipitação pluviométrica, sendo que as figuras 4, 5, 6 e 7 apresentam uma visão da parte interna desta região, [0020j Na figura 6 destaca-se a visão frontal da parte interna do compartimento 2, mostrando a disposição das lâmpadas L nas bancadas B, os suportes de amostras S e amostras C.

[0021] Ma figura 7 tem-se uma visão lateral da parte interna do compartimento 2, onde observa-se na região central uma estrutura em forma de trapézio 4, a qual é uma armação onde são fixadas as abraçadeiras 5 que suportam as lâmpadas L. Na figura 6 é possível observar que existem dois destes elementos, uma em cada extremidade longitudinal do compartimento 2.

[0022] As figuras 8 e 9 ilustram um destes suportes S com dois corpos de prova, um de tração e um de impacto, ambos indicados pela referência C , [002 3] Devido a s imet ria do equipamento existem, no compartimento 2, duas janelas 6 (figura 3), uma em cada lateral, cujas dobradiças na região superior permitem a abertura no sentido ascendente. Estas janelas sào necessárias para os procedimentos de colocação e rotação das amostras e toda atividade feita no interior do compartimento 2 e deverão ficar fechadas durante o período que as amostras forem irradiadas.

[0024] Abaixo das lâmpadas L situa-se o reservatório de água R (Figuras 4 e 5), Em seu interior além de água, situam-se as resistências para o aquecimento da mesma e um termômetro de haste, cuja haste deve estar junto ao bulbo do termostato. As extremidades das resistências são representadas pela referência numérica 7 (Figuras 4 e 6), O reservatório de água deve ser construído com material de boa resistência mecânica e não suscetível à corrosão, o aço inoxidável é um material que atende bem a estas exigências. Na construção é interessante que na parte inferior do reservatório seja montado um dispositivo 8 para a drenagem e visualização do nível d'água sem que a janela lateral precise ser aberta (Figuras 6 e 7].

[0025] No compartimento 2 também está situado o sistema de exaustão, responsável pela refrigeração da parte interna, este sistema é composto por dois pequenos exaustores 9 (Figura 3) fixados nas paredes externas, nas duas extremidades frontais da região 2.

[0026] Os suportes S para as amostras são removíveis o que permite uma maior versatilidade no processo de rotação das amostras e retirada das mesmas. As figuras 8 e 9 ilustram um exemplo de suporte que pode ser adotado.

[002 7] Suas d imensõ e s d e p e n d em do tipo de corpo de prova usado.

[0028] O compartimento 1, detalhado na Figura 10, do presente equipamento é reservado para a instalação da parte elétrica e dispositivos eletrônicos necessários para o funcionamento do equipamento, as dimensões desta região são determinadas pelo comprimento do compartimento 2 e pelas dimensões dos dispositivos instalados.

[ 0C2 9 ] O ecjuipament o em ques tão possui dois c 1 rc-j.itos dís t intos: o ci rcuito A {disposi t ivos 10, 11, 12 e 13), destinado ao conjunto de lâmpadas L e o circuito B (dispositivos 14, 15, 16, 17, 18, 19 e 20), destinado aos sistemas de condensação e refrigeração.

[ 0 0 3 0 ] O c írcu i f: o A i n i c i a - se com o disjuntor representado por 10. Este tem as funções de proteger o circuito de eventuais sobrecargas elétricas e funcionar como chave gerai do circuito. Sua capacidade deve ser compatível com a corrente máxima do circuito.

[3031] Na sequência da figura, aparece um amperímetro 11, necessário para indicar se o sistema de lâmpadas L está ligado ou desligado e para acompanhar a queda de potência das mesmas.

[ 00 3 2] Os quat ro out ros dispositivos idênticos que aparecem em seguida, são chaves elétricas 12. Cada chave 12 comanda o funcionamento de um reator situado na região· interna do compartimento; por sua vez cada reator ê responsável pela .ignição e alimentação elétri c a de d u a s .1. â mp a d. as L.

[00 3 3] Terminando o c i rcu it o aparece o contador de tempo ou horímetro 13, responsável por marcar o tempo em horas que as lâmpadas L permanecem ligadas. Com isto é possível estabelecer um circuito para a rotação e descarte de lâmpadas e saber se na ausência do operador houve queda, de energia elétrica. 0 esquema elétrico deste c i r c u i. t o· é represe n t a d o· r. a figura 11.

[00 34] G c i rc u i to B ta mbém inicia-se com um disjuntor, indicado pela referência numérica 20, compatível com a potência instalada. Ao contrário do outro disjuntor 10, o disjuntor 20 é bipolar, pois o circuito B é alimentado com duas fases. Suas atribuições, porém, sào as mesmas do citado disjuntor 10, ou seja, proteger e acionar-desligar todo o circuito.

[ 0 0 3 5 ] N a s e q u ê n c i a, o amperimetro 19 tem a função de indicar a corrente no circuito, que comanda a condensação e refrigeração.

[00 36] O programador de tempo ou tiraer 18, liga e desliga automaticamente o sistema de condensação nos horários e em intervalos de tempo determinados por uma programação pré-estabeleci.da. Assim é possível proporcionar ciclos de condensação durante o experimento mesmo na ausência do operador.

[ 00 37] No presente equipament o, este dispositivo também controla o sistema de refrigeração, desligando os exaustores no instante em que o ciclo de condensação for iniciado. Nestas condições o equipamento está trabalhando no modo automático, possibilitando desta forma que o ambiente no interior da câmara fique saturado de vapor d'água durante o ciclo. As chaves 17 permitem que os exaustores 9 trabalhem no modo manual, se este for o caso. í00 3 8] O termo-hid rõme t ro 16 é responsável por medidas de temperaturas e umidade no interior e exterior da câmara. Apesar de estar associado ac circuito B, este dispositivo é alimentado por uma pilha comum de 1,5V e não possui conexão elétrica com cs demais dispositivos do ci rcu ito.

[ 0 0 3 9 ] O h o r í me t r o 1.5 é acionado cada vez que c ciclo de condensação inicia-se, permitindo desta forma, que o tempo total de condensação seja contabilizado ao final do experimento.

[00401 O último dispositivo 14 desse circuito, localizado na região central do compartimento 1 é um termostato que controla a temperatura da água a partir de um bulbo mergulhado no banho d'água no reservatório R do compartimento 2.

[0041] O esquema elétrico do circuito B é representado na figura 12.

[00421 O compartimento 3 é basicamente uma caixa (Figura 13) onde em seu interior, na parte superior, fica alojada a região externa do reservatório R d'água íFigura 14).

[0043] Este compartimento aloja o mostrador de termômetro de haste, o sistema de nível e drenagem e parte externa do reservatório d'água. Tem, também como função permitir que o compartimento 2 fique situado a uma altura ideal para o manuseio das amostras e das lâmpadas. O espaço excedente deste compartimento, pode ser usado para guardar todo o material que constantemente é utilizado durante os ensaios, como; lâmpadas novas, suportes, etc.

[0044] Ma parte inferior externa estão situados os rodízios (dois móveis e dois fixos} necessários para o deslocamento do equipamento.

[ 0 0 4 5 1 Além d a versar, i 1 í d a d e d e condições de envelhecimento proporcionada pelo sistema de ventilação e pela maior capacidade de amostras do equipamento, as principais vantagens do simulador ambiental referem-se ac custo de construção e manutenção do equipament o, [0046] Por ser construído de dispositivos simples e facilmente encontrados no comércio, o custo destes dispositivos é baixo.

[0047] A grande capacidade do Simulador Ambiental com. relação ao número de amostras que comporta, possibilita economia de tempo de experimento em ensaios que necessitem grande quantidade de amostras e permite que os resultados obtidos em diferentes tempos de envelhecimento sejam comparados com maior facilidade.

REJIVINDICAÇÕES

Claims (4)

1 . "SIMULADOR AMBIENTAL PARA ENVELHECIMENTO ACELERADO DE POLÍMEROS", do tipo que è destinado aos ensaios cie envelhecimento acelerado de polímeros através da exposição à radiação ultravioleta, caracterizado pelo fato de compreender três compartimentos; sendo que o compart.irnento (1) eng 1 oba uma insta 1 açào elétrica e os dispositivos eletrônicos; no compartimento ;2) ficam s i t u a d o s o c c n j u n t o d e i. â m p a d as ; L} q u e f o r r. a m d u a s bancadas <B), os suportes (Sí das amostras í C} e o reser v a t ó r i o de á q u a R) , usa d ο η o s c í e 1 o· s d e condensação que simulam condições de precipitações pluviomètricas; no compartimento (2; são previstas duas estruturas em forma de trapézio (4), cada uma das quais sendo uma armação onde são fixadas as braçadeiras (5) que suportam as lâmpadas (L); devido a simetria dc equipamento existem, no compartimento (2), duas janelas i&) uma em cada lateral, cujas dobradiças na região superior permitem a abertura nc sentido ascendente; e que? o compartimento (3) aloja a região externa do reservatório (R) d'áqua, o mostrador do termômetro de haste e o sistema de nível e drenagem.

2. "SIMULADOR AMBIENTAL PARA ENVELHECIMENTO ACELERADO DE PO L í Μ E R O S", d e a c c r d o c o m a r e i v í n d i c a ç ã ο I , caracterizado pelo fato de que o reservatório de água (R) incorpora resistências para o aquecimento da água, bem com,o um, termômetro de haste, cuja haste deve estar junto ao bulbo do termostato; o reservatório (Ri incorpera um dispositivo (9 } para :irenagem e visualização do nível d'água sem que a janela lateral preci se ser abe rta.

3. "SIMULADOR AMBIENTAL PARA ENVELHECIMENTO ACELERADO DE POLÍMEROS", de acordo com a r e i vi. nd icaçãc 1, caracterizado pelo fato de que no compartimento (2; também está situado o sistema de exaustão, responsável pela refrigeração da parte interna, este sistema é c omp o s t o por dois exa u s t o r e- s í 9 ) f i x a d o s n a s p ared e s e x t e r nas, n a s d uas e xtremi d. ades í; r o n f a 1 s d o compartimento {2).

4. "SIMULADOR AMBIENTAL PARA ENVELHECIMENTO ACELERADO DE POLÍMEROS", de acordo ccm a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender dois circuitos d i s t i n t o s : o c 1 r c u i t o (Λ J q u e e s t á r e .1 a c L o n a d o a o s dispositivos (1.0}, (11), (12; e (13), destinado ao conjunto de lâmpadas (L) e o circuito (B) que está relacionado aos dispositivos (14), (15), (16), {17}, (18o, (19), (20), destinado aos sistemas de condensação e refrigeração; o circuito (A) inicia-se com um disjuntor representado por (10); este tem as funções de proteger o circuito de eventuais sobrecargas elétricas e funcionar com. chave geral do circuito; na sequência está um amperimetro (11), necessário para indicar se o sistema de lâmpadas (L) está ligado ou desligado e para acompanhar a queda de potência das mesmas; os quatro o utros d i s positivos s à o cha ve s e1étr ica s (12), o n de cada chave (12) comanda o funcionamento de um reator situado na região interna do compartimento; por sua vez cada re a t or é r esponsá ve 1 pe 1 a ign i çâo e a i .1 men t a çâ o elétrica de duas lâmpadas (L; ; o circuito (A) compreende ainda um. contador de tempo ou horí metro (13), responsável, por marcar o tempo em horas que as lâmpadas (L) permanecem ligadas; c circuito (B) também inicia-se com um disjuntor, indicado pela referência numérica ;2 C} bipolar; o circuito (B) compreende ainda c amperímetrc (19) que tem a função de indicar a corrente no circuito, que comanda a condensação e refrigeração, um programador de tempo ou timer (18) , que liga e desliga automaticamente o sistema -de condensação nos horários e em intervalos de tempo determinados por uma programação pré-estabelecida; o circuito (B) compreende ainda as chaves (17) que permitem que os exaustores (9) trabalhem também no modo manual, se este for o caso, un termo-hidrômetro (16), que é responsável por medidas de temperatura e umidade no interior e exterior da câmara, dito termo-hidrômetrc (16), apesar de estar associado ao circuito ÇB) é alimentado por uma pilha de 1, bV e não possui conexão elétrica com os demais dispositivos do circuito; o referido circuito (3) conta ainda com um. horimetro (15) que é acionado cada vez que c ciclo de condensação inicia-se; o circuito (B) conta ainda com um dispositivo (14)que é um termostato que controla a temperatura da água a partir de um bulbo mergulhado no banho d'água do reservatório (R) do compartimento (2).