Modelagem e estimação de parâmetros em reações de cura de um sistema epóxi

Abstract

Resinas epóxi são materiais termofixos muito utilizados nos segmentos das indústrias civil, aeronáutica e automobilística devido a suas excelentes propriedades mecânicas, principalmente sua elevada rigidez. Estas são obtidas a partir de reações de cura, onde as cadeias polímericas reagem entre si formando uma rede reticulada, o que confere a resina suas propriedades características. Neste contexto, um modelo matemático foi proposto de maneira a descrever por completo a reação de cura envolvendo o sistema composto pela resina epóxi de éter diglicidílico de bisfenol-A (DGEBA), tendo como agente de cura a 4,4’-diamino-difenil-sulfona (4,4’-DDS). Utilizou-se um modelo de caráter fenomenológico, descrito através das equações diferenciais que regem a dinâmica do sistema, composto por efeitos cinéticos e difusivos. O modelo foi implementado na plataforma EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization), de maneira a simular a reação entre as temperaturas de 140 e 200°C, dentro da faixa normal de operação do sistema. Para tanto, foram realizados diferentes experimentos de DSC (Differential Scanning Calorimetry) e FTIR (Fourier-Transform Infrared Spectrometer) dentro desta faixa de temperatura. Estes dados foram utilizados para a estimação dos parâmetros do modelo e, posteriormente, para a validação do mesmo. Verificou-se que o modelo proposto com os parâmetros estimados representou bem os dados experimentais. Além disso, este modelo pôde ser estendido a toda a faixa de operação, visto que não envolve nenhum parâmetro que seja dependente da temperatura. A metodologia utilizada para a estimação dos parâmetros cinéticos gerou uma matriz de covariância de alta confiabilidade, apresentando baixos valores de desvios padrão, mostrando-se um método eficiente para esta finalidade. A metodologia desenvolvida neste trabalho permitiu a obtenção dos parâmetros cinéticos de um modelo fenomenológico somente a partir de experimentos de DSC, o que evita a necessidade de se acompanhar a evolução das concentrações de grupos funcionais durante a reação. Ainda, o modelo desenvolvido permitiu prever a temperatura de transição vítrea (Tg ) para a resina em qualquer instante da reação, o que não era possível anteriormente.