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7/24/2019 (2010) Mestrado - UFRGS. Silva. Desenvolvimento de compsitos polimricos com fibras de curau e hbridos co
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VII
MINISTRIO DA EDUCAO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA
Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Minas,
Metalrgica e de Materiais - PPGEM
DESENVOLVIMENTO DE COMPSITOS POLIMRICOS
COM FIBRAS DE CURAU E HBRIDOS COM FIBRAS DE VIDRO
Humberto Sartori Pompeo da Silva
Dissertao para obteno do ttulo de
MESTRE EM ENGENHARIA
Porto Alegre
2010
7/24/2019 (2010) Mestrado - UFRGS. Silva. Desenvolvimento de compsitos polimricos com fibras de curau e hbridos co
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II
MINISTRIO DA EDUCAO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA
Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Minas,
Metalrgica e de Materiais - PPGEM
DESENVOLVIMENTO DE COMPSITOS POLIMRICOS
COM FIBRAS DE CURAU E HBRIDOS COM FIBRAS DE VIDRO
Humberto Sartori Pompeo da Silva
Engenheiro Mecnico
Trabalho realizado no Departamento de Materiais da Escola de Engenharia da
UFRGS, dentro do Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Minas,
Metalrgica e de Materiais - PPGEM, como parte dos requisitos para a obteno do
ttulo de Mestre em Engenharia.
rea de Concentrao: Cincia e Tecnologia dos Materiais
Porto Alegre
2010
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III
Esta Dissertao foi julgada adequada para obteno do ttulo de Mestre em
Engenharia, rea de concentrao em Cincia e Tecnologia dos Materiais e
aprovada em sua forma final, pelo Orientador e pela Banca Examinadora do Curso
de Ps-Graduao.
Orientador: Prof. Dr. Sandro Campos Amico
Banca Examinadora:
Prof. Dr. Ademir Jos Zattera (UCS)
Prof. Dra. Branca Freitas de Oliveira(UFRGS)
Prof. Dra. Tatiana Louise Avila de Campos Rocha (UFRGS)
Prof. Dr.- Ing. Carlos Prez Bergmann
Coordenador do PPGEM
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IV
DEDICATRIA
A minha famlia e aos amigos que
estiveram nesse tempo, a meu lado.
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V
AGRADECIMENTOS
A todos que colaboraram direta ou indiretamente na elaborao destetrabalho, o meu reconhecimento.
Ao professor Dr. Sandro Campos Amico pela dedicao, orientao e
idealizao deste trabalho.
Aos bolsistas de iniciao cientfica Diocleciano e Tiago pela colaborao
na realizao de parte deste trabalho.
Clarissa e Katia pela amizade e participao no desenvolvimento do
Molde2.
Aos amigos do Laboratrio de Materiais Polimricos (LAPOL) da Escola de
Engenharia da UFRGS, lvaro, Alessandra, Alexsandro, Andr, Bianca, Caroline,
Cristiane, Eliane, Fbio, Francilli, Gustavo, Juliana, Jos, Micheli, Rafael, Sandro
B. e Vicente pela colaborao e amizade.
minha famlia, em especial aos meus pais Nicacio e Wilma, minha irm
Maristela e irmo Marcos, por todo incentivo e por estarem sempre ao meu lado.
UCS pela realizao de ensaios mecnicos.
UFRGS, PPGEM, UDESC/Joinvile, CNPq, CAPES e FAPERGS pelo
suporte tcnico e financeiro.
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VI
TRABALHOS PUBLICADOS
Desenvolvimento de Materiais Compsitos Polimricos Termorrgidos com
Fibras de Curau. Silva, H. S. P.; Junqueira, D.; Moraes, A. G. O.; Amico, S. C. 18
Congresso Brasileiro de Engenharia e Cincia dos Materiais CBECiMat, 2008.
Utilizao de Ensaios Short Beam em Compsitos com Fibras de Sisal e
Curau. Silva, H. S. P.; Abreu, T. M.; Moraes, A. G. O.; Tomiyama, M.; Coelho, L. A.
F.; Amico, S. C. 10 Congresso Brasileiro de Polmeros - CBPol, 2009.
Desenvolvimento de Compsitos Polimricos com Fibras de Curau e Hbridos
com Fibras de Curau/Vidro. Silva, H. S. P.; Amico, S. C. 9 Congresso Brasileiro de
Engenharia e Cincia dos Materiais CBECiMat, 2010. (aceito)
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VII
SUMRIO
1 INTRODUO.........................................................................................................1
2 OBJETIVOS.............................................................................................................4
2.1 Geral..................................................................................................................4
2.2 Especficos ........................................................................................................4
3 REVISO BIBLIOGRFICA.....................................................................................5
3.1 Compsitos........................................................................................................5
3.2 Fibras Vegetais..................................................................................................6
3.2.1 Fibras de Curau ........................................................................................7
3.3 Matrizes Termorrgidas....................................................................................11
3.3.1 Resina Polister ........................................................................................12
3.4 Desenvolvimento de Compsitos com Fibras de Curau ................................13
3.5 Desenvolvimento de Compsitos Hbridos com Fibras Vegetais e Fibras deVidro ......................................................................................................................18
3.6 Ensaios Short Beam........................................................................................20
4 MATERIAIS E MTODOS......................................................................................22
4.1 Materiais ..........................................................................................................22
4.2 Mtodos...........................................................................................................24
4.2.1 Preparo das Fibras de Curau..................................................................24
4.2.2 Produo das Mantas com Fibras de Curau...........................................26
4.2.3 Projeto e Desenvolvimento de Molde........................................................29
4.2.4 Produo dos Compsitos ........................................................................31
4.2.5 Caracterizao dos Compsitos ...............................................................34
4.2.5.1 Preparao dos Corpos de Prova.......................................................34
4.2.5.2 Ensaios Realizados ............................................................................34
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VIII
5 RESULTADOS E DISCUSSO..............................................................................36
5.1 Caracterizao das Fibras de Curau .............................................................36
5.2 Efeito do Pr-tratamento da Fibra....................................................................395.3 Efeitos da Variao no Comprimento das Fibras.............................................42
5.4 Ensaios Short Beam........................................................................................46
5.5 Efeito da Variao da Frao Volumtrica de Fibras.......................................53
5.6 Compsitos Hbridos........................................................................................56
6 CONCLUSES ......................................................................................................63
7 SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS .....................................................66
8 REFERNCIAS......................................................................................................67
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IX
NDICE DE FIGURAS
Figura 1 - Proposta de classificao hierrquica de compsitos.................................6
Figura 2 - Superfcie fraturada e rea da seo transversal da fibra de curau..........9
Figura 3 - Resina polister isoftlica insaturada.........................................................13
Figura 4 - Fibras de curau in natura(a) e roving de fibras de vidro-E (b)................22
Figura 5 - Fibras de curau in natura(a) e fibras lavadas (b)....................................25
Figura 6 - Fibras de vidro e curau picadas (a), manta de curau (b) e manta hbrida
curau/vidro(c)............................................................................................................27
Figura 7 - Aparato construdo de material compsito, utilizado para a produo de
mantas de fibras vegetais...........................................................................................27
Figura 8 - Processo de produo de mantas em gua destilada: (a) incio da
deposio das fibras, (b) manta em formao e (c) manta obtida.............................28
Figura 9 - Molde em ao inox, cavidade interna de 150 50 10 mm denominado
Molde 1.......................................................................................................................29
Figura 10 - Desenho da parte inferior do molde construdo - Molde 2.......................30
Figura 11 - Desenho da parte superior do molde construdo - Molde 2.....................30
Figura 12 - Molde em ao inox - cavidade interna de 270 170 22 mm -
denominado Molde 2..................................................................................................31
Figura 13 - Fluxograma de produo e caracterizao dos compsitos....................31
Figura 14 - Prensa hidrulica Marconi utilizada nas moldagens................................32
Figura 15 - Equipamento de ultrassom utilizado na degasagem...............................32
Figura 16 - Esquema ilustrativo do ensaio short beamem 3 pontos.........................35
Figura 17 - Anlise termogravimtria (TGA) das fibras de curau in natura..............37
Figura 18 - Anlise termogravimtria (TGA) das fibras de curau lavadas...............37
Figura 19 - Imagem (MEV) lateral da fibra de curau lavada em diferentes
ampliaes: (a) 500, (b) 1.000 e (c) 3700..................................................................38
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X
Figura 20 - Imagem (MEV) da seo transversal das fibras de curau lavadas em
diferentes ampliaes: (a) 100 e (b) 200....................................................................39
Figura 21 - Resistncia trao e mdulo de elasticidade dos compsitos com
fibras in natura, secas e lavadas (Lf= 30 mm; %Vf20%).......................................40
Figura 22 - Resistncia flexo e mdulo de elasticidade dos compsitos com fibras
in natura, secas e lavadas (Lf= 30 mm; %Vf 20%).................................................41
Figura 23 - Resistncia ao impacto e dureza Barcol dos compsitos com fibras in
natura, secas e lavadas (Lf= 30 mm; %Vf 20%).....................................................41
Figura 24 - MEV dos compsitos com fibras in natura(a) e com fibras lavadas (b)..42
Figura 25 - Resistncia trao e mdulo dos compsitos com fibras de diferentes
comprimentos (%Vf20% - fibras lavadas)...............................................................43
Figura 26 - Resistncia flexo e mdulo dos compsitos com fibras de diferentes
comprimentos (%Vf20% - fibras lavadas)...............................................................44
Figura 27 - Resistncia ao impacto e dureza Barcol dos compsitos com fibras de
diferentes comprimentos (%Vf20% - fibras lavadas)..............................................45
Figura 28 - Corpos-de-prova usados para ensaio short beam, com espessura de
3,15 mm (a), 4,80 mm (b) e 6,45 mm (c)....................................................................47
Figura 29 - Resultados de resistncia short beam de compsitos com diferentes
comprimentos de fibras de curau (%Vf = 20%)........................................................47
Figura 30 - Curvas de fora deslocamento de compsitos com diferentes %Vf
(Lf= 30 mm)...............................................................................................................49
Figura 31 - Fotografia (a) de corpo de prova ensaiado por short beam (20). Emdetalhe (b e c), caracterstica da fratura (aumento de 200no microscpio ptico).
(espessura: 3,15 mm; %Vf20% e Lf= 30 mm) ......................................................49
Figura 32 - Resultados de resistncia short beam de compsitos com diferentes
%Vf.(Lf= 30 mm)........................................................................................................50
Figura 33 - Resultados de resistncia short beam de compsitos com diferentes
espessuras - (%Vf 20%; Lf= 30 mm).......................................................................51
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XI
Figura 34 - Resultados de resistncia para diferentes razes s/t em compsitos com
curau (%Vf 20%; Lf= 30 mm)................................................................................53
Figura 35 - Resistncia e mdulo em trao dos compsitos com diferente
%Vf.(Lf= 50 mm)........................................................................................................54
Figura 36 - Resistncia e mdulo em flexo dos compsitos com diferentes %V f
(Lf= 50 mm)...............................................................................................................55
Figura 37 - Resistncia ao impacto e dureza Barcol dos compsitos com diferentes
%Vf(Lf= 50 mm)........................................................................................................56
Figura 38 - Placas de compsitos hbridos com diferentes teores volumtricos de
curau/vidro (%Vf20%; Lf= 50 mm).......................................................................57
Figura 39 - Resistncia trao dos compsitos hbridos.........................................58
Figura 40 - Resistncia flexo e mdulo dos compsitos hbridos.........................59
Figura 41 - Curvas de Tenso Deformao dos compsitos com fibras de vidro,
hbridos e fibras de curau. Ensaios de trao (a) e ensaios de flexo (b)...............60
Figura 42 - Resistncia ao impacto e dureza Barcol dos compsitos hbridos..........61
7/24/2019 (2010) Mestrado - UFRGS. Silva. Desenvolvimento de compsitos polimricos com fibras de curau e hbridos co
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XII
NDICE DE TABELAS
Tabela 1 -Diferentes tipos de resinas polister.........................................................12
Tabela 2 - Propriedades mecnicas de compsitos com fibras de curau ...............14
Tabela 3 - Caractersticas da resina UCEFLEX UC ISO 1005, da Elekeiroz.............23
Tabela 4 - Caractersticas da resina ARAZYN AZ 12.0, da Ara Ashland...................23
Tabela 5 - Densidade e frao volumtrica de vazios dos compsitos......................46
Tabela 6 - Frao volumtrica, frao mssica de fibra e densidade dos compsitos
reforados com fibras de curau................................................................................48
Tabela 7 Variao da frao volumtrica e mssica de fibras e densidade dos
compsitos (Lf= 30 mm)............................................................................................51
Tabela 8 Densidade dos compsitos de curau (%Vf20%), com diferentes
espessuras.................................................................................................................52
Tabela 9 - Variao da frao volumtrica e mssica e densidade dos compsitos
(Lf= 50 mm)...............................................................................................................54
Tabela 10 - Densidade dos compsitos hbridos (%Vf20%)..................................57
7/24/2019 (2010) Mestrado - UFRGS. Silva. Desenvolvimento de compsitos polimricos com fibras de curau e hbridos co
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XIII
RESUMO
Atualmente na engenharia de materiais observa-se um revigoramento dabusca por materiais oriundos de fontes renovveis. O uso de fibras vegetais
reforando polmeros, por exemplo, representa uma alternativa na substituio
parcial de fibras de vidro em compsitos. O curau uma planta legitimamente
brasileira, de fcil cultivo e processamento, que produz fibras de timo desempenho
mecnico. Neste trabalho, fibras de curau foram caracterizadas e foi definido um
processo simples para a limpeza (lavagem e secagem), a seleo e o corte das
fibras in natura. Ento, desenvolveu-se uma metodologia para a fabricao demantas. Compsitos de matriz polister isoftlica foram moldados por compresso
quente com mantas provenientes de diferentes pr-tratamentos (in natura, secagem
e lavagem/secagem). Tambm foram moldados compsitos com fibras de diferentes
comprimentos (10, 20, 30, 40, 50 mm), fraes volumtricas (%V f = 10, 20, 30 e
40%) e com diferentes espessuras (3,15, 4,80 e 6,45 mm). Finalmente, foram
moldados compsitos hbridos, com um teor varivel das fibras constituintes
(curau/vidro). Utilizou-se ento ensaios de trao, flexo, impacto, short beam e
dureza Barcol para a caracterizao dos compsitos. Foi constatada a importncia
dos processos de lavagem, secagem e seleo das fibras para o incremento das
propriedades mecnicas do compsito. O aumento do comprimento das fibras dentro
do intervalo pesquisado produziu melhores propriedades mecnicas nos compsitos.
J a resistncia short beam no aumentou com o comprimento da fibra, somente
com a frao volumtrica de fibras. Com o aumento do teor de fibras de curau,
obteve-se um incremento da resistncia ao impacto alm das resistncias e mdulos
de trao e flexo. No entanto, observou-se uma reduo gradativa nos resultados
de dureza Barcol. Com comprimento de fibra de 50 mm e %V f= 40%, foram obtidos
os melhores resultados. Com relao aos compsitos hbridos, notou-se que o ajuste
das propriedades mecnicas pode ser realizado pelo controle do teor das fibras
(curau/vidro), de acordo com a aplicao pretendida para o material. Substituindo-
se 25% das fibras de vidro por curau obteve-se um timo resultado, pois ocorreu
apenas uma leve reduo na resistncia mecnica. As fibras de curau
apresentaram limitaes quando usadas em materiais compsitos, mesmo assim
possuem muitas caractersticas desejveis, que permitem essa aplicao.
7/24/2019 (2010) Mestrado - UFRGS. Silva. Desenvolvimento de compsitos polimricos com fibras de curau e hbridos co
14/86
XIV
ABSTRACT
The search for a greater use of renewable materials is on the rise again. Theuse of vegetal fibres to reinforce polymers, for instance, represents an alternative for
the partial substitution of glass fibres in composites. Curau is a genuinely Brazilian
plant, of easy cultivation and processing, which produces fibres with excellent
mechanical performance. In this work, the curau fibres were characterized (density,
morphology and thermogravimetry), and a simple and effective process for cleaning
(washing and drying), selecting and cutting of the raw fibres was defined. Then, a
methodology for producing fibre mats was proposed. Isophthalic polyester matrixcomposites were moulded via hot compression with the mats produced with fibres
from different pre-treatments (as received, drying and washing/drying). Composites
with fibres of variable length (10, 20, 30, 40, 50 mm), distinct fiber volume fraction
(%Vf= 10, 20, 30 e 40%) or with different thickness (3.15, 4.80 e 6.45 mm) were also
molded. Finally, hybrid composites were moulded using a variable relative volume
content of the constituent fibres (curaua/glass) and an overall constant fiber content.
Tensile, flexural, impact, short beam and Barcol hardness tests were used for the
characterization of the composites. The washing, drying and selection of the fibres
were found important to increase the mechanical properties of the composites. The
increase in fibre length increased the mechanical properties of the composites.
Regarding short beam strength, the fibre length did not exert a significant influence
on it, although it increased with the fibre volumetric fraction. An increase in impact
strength, tensile and flexural strength and modulus and a gradual decrease in Barcol
Hardness were found when increasing the curau fibre volume fraction. Regarding
the hybrid composites, the results showed that the mechanical properties can be
adjusted by controlling the ratio of fibre content (curaua/glass), according to the
intended application of the final material. In this study, the curaua fibres presented
some limitations when used in composite materials, yet having many advantages that
allow this application.
7/24/2019 (2010) Mestrado - UFRGS. Silva. Desenvolvimento de compsitos polimricos com fibras de curau e hbridos co
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Silva, H. S. P. INTRODUO
1
1 INTRODUO
O desenvolvimento e a difuso das tcnicas de fabricao de materiaiscompsitos, aliados sua versatilidade, vm promovendo a utilizao desses
materiais por empresas de diversos segmentos. Os materiais compsitos mais
utilizados atualmente so aqueles que empregam fibras sintticas, e.g. aramida,
vidro e carbono, como reforo.
Compsitos com fibras de vidro (chamados PFRV) proporcionam excelentes
propriedades trmicas e mecnicas. No entanto estas propriedades dificultam o
desenvolvimento de processos eficientes de reciclagem. De fato, dificuldades dedescarte, reciclagem ou reutilizao so hoje preocupaes ambientais e por isso
objeto de estudo de muitas pesquisas. O estabelecimento de mtodos de disposio
ou descarte para compsitos reforados com fibras de vidro e suas leis de
reciclagem so temas contemporneos importantes, porque muitos problemas
ambientais surgiram recentemente e vm se agravando mundialmente [1].
Alm disso, necessrio reduzir impactos ambientais relacionados ao
aquecimento global, que so acelerados pelo grande consumo de petrleo, um
recurso no renovvel, como matria-prima ou fonte energtica na obteno de
materiais diversos, como as fibras de vidro. Identificou-se assim a necessidade de
desenvolver e comercializar materiais compsitos baseados em constituintes
derivados de fontes renovveis, minimizando o impacto ambiental e econmico e a
dependncia de materiais no renovveis.
O crescente interesse pelas fibras lignocelulsicas se deve principalmente por
ser uma produo de baixo custo e que no requerer equipamentos sofisticados.
Apresentando-se tambm condies de trabalho mais seguras em relao s fibras
sintticas. O aspecto mais interessante em relao s fibras naturais o seu
impacto ambiental positivo. As biofibras so oriundas de fontes renovveis com
baixo consumo de energia na sua produo. So consideradas neutras em relao a
emisso de dixido de carbono quando compostadas ou sofrem combusto [2].
Compsitos com fibras naturais vm sendo tambm apontados como alternativas
potenciais economicamente rentveis para a fixao de carbono na natureza,reduzindo tambm a emisso de CO2na atmosfera durante seu ciclo de produo,
7/24/2019 (2010) Mestrado - UFRGS. Silva. Desenvolvimento de compsitos polimricos com fibras de curau e hbridos co
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Silva, H. S. P. INTRODUO
2
processamento e utilizao, ganhando assim um incremtno de seu potencial
econmico devido possibilidade de comrcio de crditos carbonos para a cadeia
produtiva [3]
Nos ltimos anos, presses ambientais revigoraram o interesse pelas fibras
naturais. No caso de reforo de polmeros, o uso de fibras vegetais representa uma
alternativa para a substituio parcial de PFRV [4]. De fato, diversos setores
comearam a utilizar compsitos reforados com fibras vegetais, como por exemplo,
a indstria automotiva, que as utilizam em painis internos de portas, painis dos
encostos de bancos e de cabea, botes, maanetas, tampas internas do porta-
malas e painis internos do teto em alguns veculos [5].
Fibras vegetais, em comparao com fibras de vidro, so muito eficientes na
absoro de som, tm baixo custo, so leves, no estilhaam em caso de acidentes,
so biodegradveis e podem ser obtidas utilizando-se 80% menos energia que fibras
de vidro [6]. No entanto, problemas de adeso fibra-matriz, de absoro de gua e
tambm de propriedades mecnicas variveis e limitadas vm dificultando sua
utilizao em determinados ambientes e situaes de carregamento que exijam um
melhor desempenho mecnico.
O curau uma planta nativa da regio amaznica, com timas propriedades
mecnicas, de fcil cultivo e processamento, podendo ser cultivada em consrcio
com outras culturas, inclusive em reas de reflorestamento e produo de madeira,
podendo ser colocada como mais uma fonte de renda e diversificao de culturas
para pequenos agricultores ou ser cultivada em grandes plantaes [7, 8]. O
fomento ao cultivo do curau pode se tornar uma importante fonte de emprego e
renda em regies carentes de incentivos e oportunidades de desenvolvimento
econmico e social. No apenas a indstria automotiva e txtil, que j demonstram
interesse e utilizam o curau, mas tambm outros setores industriais podem se
beneficiar com a expanso desta cultura e com o desenvolvimento tecnolgico,
como a indstria moveleira.
A utilizao combinada de fibras de curau e vidro, formando compsitos
hbridos, possibilita o incremento significativo das propriedades mecnicas,
mantendo algumas das caractersticas e vantagens das duas classes de fibras.Pesquisar as possibilidades de combinaes destas fibras importante para que se
possa otimizar o desempenho de compsitos hbridos, extraindo ao mximo suas
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Silva, H. S. P. INTRODUO
3
potencialidades. As referncias cientficas internacionais relacionadas a compsitos
polimricos termorrgidos hbridos curau/vidro so muito raras atualmente, por isso
torna-se importante pesquisar estes materiais, explorando suas potencialidades
reais e aplicao industrial.
Neste contexto, este projeto pretende ampliar o conhecimento cientfico em
materiais compsitos polimricos com fibras de curau, sua produo e
caracterizao. As fibras de curau so utilizadas em diferentes comprimentos e
teores volumtricos, de modo a otimizar as propriedades dos compsitos
produzidos. Alm disso, foram moldados e caracterizados compsitos hbridos (com
fibras de curau e vidro) em matriz termorrgida, avaliando-se o efeito da variao
dos teores das fibras constituintes no seu desempenho mecnico. Assim, pretende-
se promover a valorizao de matrias-primas nacionais com potencial de aplicao
tecnolgica, especialmente no setor automotivo.
7/24/2019 (2010) Mestrado - UFRGS. Silva. Desenvolvimento de compsitos polimricos com fibras de curau e hbridos co
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Silva, H. S. P. OBJETIVOS
4
2 OBJETIVOS
2.1 Geral
Desenvolver e caracterizar compsitos polimricos de matriz polister
isoftlica reforados com fibras de curau e compsitos hbridos reforados por
fibras de vidro e curau para explorar o uso destas fibras em compsitos de maior
responsabilidade estrutural.
2.2 Especficos
Desenvolver um processo simples e eficaz para a limpeza, o corte e a
classificao das fibras in natura recebidas, evitando tratamentos que possam
alterar as propriedades mecnicas das fibras e aumentar os custos do processo.
Definir uma rota adequada de produo das mantas, feitas com fibras curtas,buscando-se uma distribuio aleatria e homognea e a compactao
adequadas das fibras.
Definir uma rota de processamento dos compsitos com fibras de curau.
Definir o percentual volumtrico de fibras (%Vf) e o comprimento timo que
maximize as propriedades mecnicas dos compsitos.
Desenvolver compsitos hbridos intra-camadas, com fibras de curau e vidro
com diferentes teores relativos dessas fibras e comparar o desempenho em
relao aos compsitos feitos com curau ou com vidro isoladamente, buscando
um compromisso entre custo e desempenho.
7/24/2019 (2010) Mestrado - UFRGS. Silva. Desenvolvimento de compsitos polimricos com fibras de curau e hbridos co
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Silva, H. S. P. REVISO BIBLIOGRFICA
5
3 REVISO BIBLIOGRFICA
3.1 Compsitos
O desenvolvimento de materiais compsitos e a combinao dos diversos
tipos de materiais, segundo Callister [9], possibilitam a ampliao de suas
propriedades. Embora no haja uma definio universalmente aceita, de maneira
geral, pode-se considerar um compsito como sendo um material multifsico que
exiba uma proporo significativa das propriedades de ambas as fases que o
constituem, de tal modo que obtida uma melhor combinao de propriedades.
Sendo que as fases constituintes devem estar separadas por uma interface distinta e
de escala microscpica. Geralmente so compostos por apenas duas fases; uma
chamada de matriz, que contnua e envolve a outra fase, chamada de fase
dispersa. De acordo com o princpio da ao combinada, propriedades podem ser
obtidas pela combinao judiciosa de dois ou mais materiais distintos.
Os compsitos podem ser produzidos a partir de matrizes metlicas,
cermicas ou polimricas. Existe tambm, uma variedade de compsitos que
ocorrem na natureza, como a madeira, que formada por fibras de celulose
resistentes e flexveis, que so envolvidas e mantidas unidas por meio de um
material menos rgido chamado lignina.
Observa-se na Figura 1, uma proposta de classificao de compsitos dada
por Levy Neto e Pardini [10]. Tecnologicamente, os compsitos mais importantes
so aqueles em que a fase dispersa encontra-se na forma de uma fibra. Resistncia
e/ou rigidez alta so as caractersticas perseguidas frequentemente, sendo
expressas em termos de resistncia especfica e mdulo especfico. A maioria dos
compsitos desenvolvida visando melhoria das propriedades mecnicas, como
rigidez, resistncia e tenacidade [9], sendo s vezes explorada combinadamente
outras propriedades, como resistncia s condies ambientais e s altas
temperaturas. Sendo assim, a anlise dos compsitos normalmente concentrada
nas propriedades mecnicas.
7/24/2019 (2010) Mestrado - UFRGS. Silva. Desenvolvimento de compsitos polimricos com fibras de curau e hbridos co
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Silva, H. S. P. REVISO BIBLIOGRFICA
6
Figura 1: Proposta de classificao hierrquica de compsitos [10].
3.2 Fibras Vegetais
Fibras vegetais vm sendo utilizadas por diferentes civilizaes e nas mais
diversas aplicaes. Inmeros artefatos so manufaturados e comercializados no
mundo inteiro h centenas de anos, como bolsas, mantas, cordas, redes, pincis,
cestos, alm de outros produtos. Mais recentemente, as fibras vegetais comearam
a ser investigadas e aplicadas como reforo em materiais compsitos polimricos,
entre eles compsitos de matriz termorrgida [11].
O apelo ambiental e o baixo custo talvez sejam os aspectos mais importantes
quando se considera fibras naturais para aplicao em materiais compsitos. Mais
detalhadamente, as vantagens normalmente associadas com fibras vegetais so:
biodegradabilidade, atoxicidade, reciclabilidade, baixo custo de produo e
processamento, baixa densidade, bom conjunto de propriedades mecnicas, menorabrasividade que as fibras sintticas, provocando menor desgaste em
Orientadas
Orientadas
Aleatrias
Compsitos
Reforados com fibras Reforados com partculas
Multiaxial Camada nica Multicamadas
Fibras contnuas Fibras curtas
HbridosLminas
BidirecionalUnidirecional Aleatrias
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equipamentos, provenincia de fontes renovveis, absoro e armazenagem de
CO2, baixo consumo de energia na sua produo, alm da promoo de trabalho e
renda na rea rural.
Por outro lado, h uma srie de desvantagensassociadas s fibras naturais
[10] incluindo: baixa temperatura de utilizao, acentuada variabilidade nas
propriedades mecnicas, baixa estabilidade dimensional, alta sensibilidade a efeitos
ambientais (variaes de temperatura e umidade), influncia significativa das
condies do solo poca da colheita, do processamento ps-colheita e mesmo da
localizao relativa da fibra no corpo da planta, alm de sees transversais de
geometria complexa e no uniforme e, talvez a mais limitante, propriedades
mecnicas modestas em relao aos materiais fibrosos sintticos.
Marinelli et al. [3] escrevem com a inteno de divulgar e apresentar a
insero da rea ou da cadeia produtiva de compsitos polimricos com fibras
vegetais dentro do contexto do Projeto Fnix Amaznico, onde duas frentes de
pesquisas so propostas: uma que trabalharia com sistemas de produo com
maquinrio relativamente barato e simples, para que as comunidades rurais da
Amaznia pudessem absorver tal tecnologia e uma outra frente para desenvolver
materiais compsitos com tecnologia de fabricao mais avanada. Espera-se deste
modo despertar o interesse da comunidade cientfica e tecnolgica das mais
diversas reas em colaborar para o desenvolvimento de novas tecnologias que
possam ser utilizadas para a recuperao de reas degradadas da Amaznia.
Satyanarayana et al.[12] descrevem a respeito da disponibilidade de algumas
fibras lignocelulsicas brasileiras, seus mercados, mtodos de extrao, morfologia,
propriedades e aplicaes atuais. Tambm so apresentadas algumas perspectivas
para estas fibras, considerando sua crescente importncia e todo espectro de
oportunidades promissoras e desafios para o Brasil e outros pases em
desenvolvimento.
3.2.1 Fibras de Curau
O curau (Ananas erectifolius) uma planta amaznica conhecida desde os
tempos pr-colombianos pela qualidade de suas fibras que so extradas das folhas
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da planta. uma planta da famlia das bromelicias que vem atraindo muita ateno,
particularmente a partir de 1993, quando esta fibra foi reconhecida comercialmente
pela indstria automotiva brasileira [13].
A fibra de curau est entre as fibras lignocelulsicas de maior resistncia,
com resistncia a trao mdia em torno de 400 MPa. No entanto, devido a sua
caracterstica heterognea, comum a todas as fibras vegetais, h uma larga
disperso nessa propriedade, e resistncia trao superior a 700 MPa ou inferior a
200 MPa pode ser encontrada para fibras individuais [14]. A grande disperso nos
resultados de resistncia trao comum quando se trata de fibras vegetais.
Fatores como a variao dimensional ao longo do comprimento das fibras e a
diversidade de formatos da seo transversal influenciam a disperso dos resultados
[7].
A fibra de curau a terceira numa anlise econmica no pas, aps sisal e
juta, e est entre as lignocelulsicas de maior rigidez. Algumas vezes citada como a
mais competitiva entre as fibras brasileiras, a ateno sobre ela vem crescendo e, de
certa forma, compensando a diminuio no cultivo de juta, sendo cultivada em larga
escala na regio Amaznica. A resistncia trao desta fibra 5 a 9 vezes maior
que a do sisal ou da juta [7, 12, 14] e as folhas da planta podem ser colhidas em
apenas um ano aps a plantao, tendo aproximadamente 1,0-1,5 m de
comprimento, 0,04 m de largura e 5 mm de espessura. Com aproximadamente 8
meses, as folhas rendem 5-8% de fibras, o restante mucilagem, que pode ser
usada como rao animal ou fertilizante orgnico. Estas fibras so utilizadas pela
populao indgena para a confeco de redes para dormir, cordas, linhas de pesca,
entre outros [12]. Cordeiro et al.[8] realizaram uma anlise da viabilidade econmica
das monoculturas de parica e curau, e da associao no cultivo de parica e curau.
Foi constatado que o plantio associado economicamente recomendvel, tanto para
agricultores que desejam implantar um reflorestamento, como para empresas
interessadas em reduzir o custo florestal.
Segundo Horeau et al.[15], os estudos publicados de caracterizao destas
fibras so ainda escassos. A composio qumica tpica da fibra foi relatada como
sendo celulose (73,6%), hemicelulose (9,9%), lignina (7,5%) e cinzas (0,9%). Em
outra referncia, cita-se a seguinte composio: celulose (66,4%), lignina (7,5%),
xilana (11,6%), mannan (0,1%), galactan (0,5%) e arabinan (0,5%) [16].
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Caraschi e Leo [17] descrevem a caracterizao qumica, trmica e
mecnica das fibras de curau. Os resultados da caracterizao qumica
demonstraram: alto teor de celulose (70,7%), teor de umidade (7,92%), teor de
cinzas (0,79%), solubilidade em gua quente (1,03%), solubilidade em NaOH 1%
(19,3%), solubilidade em ciclohexano:etanol - 1:1 (0,48%), holocelulose (91,8%),
lignina (11,1%) e ndice de cristalinidade (75%). Tendo sido concludo que possvel
utilizar fibras de curau em materiais compsitos ou novos produtos com
propriedades interessantes.
Na caracterizao qumica das folhas (fibras) de curau, d-se ateno
especial composio dos componentes lipoflicos e caracterizao estrutural da
lignina, pois essas duas fraes orgnicas so muito importantes durante a
formao da polpa e a fabricao de papel. As fibras de curau so caracterizadas
pelo alto teor de holocelulose e R-celulose (92,5 e 66,4%, respectivamente) e pelo
baixo teor de lignina (6,5% do peso total da fibra), que similar ao de outras fibras
no-madeirveis [18].
A Figura 2 mostra micrografias obtidas por microscopia eletrnica de
varredura (MEV) da superfcie fraturada (Figura 2a) e da seco em corte (Figura
2b) das fibras de curau. Estas imagens mostram que as fibras de curau consistem
de um feixe de filamentos com dimetro equivalente a 9-10 m, empacotados pela
ao da lignina.
Figura 2: Superfcie fraturada e rea da seo transversal da fibra de curau [4].
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Tambm so encontrados estudos de espectroscopia dessas fibras, incluindo
espectroscopia Raman e infra-vermelho (FT-IR), e de propriedades fsicas e
mecnicas, incluindo cristalinidade, resistncia trao em diferentes condies e
propriedades trmicas. Estudos de difrao de raios-X revelam um ndice de
cristalinidade das fibras de curau em torno de 66%, o que pode explicar a alta
resistncia observada. O coeficiente de expanso trmica da fibra nica e do feixe
de fibras, no intervalo de temperaturas entre 293-323 K, foi determinado como sendo
38,0710-6C-1 e 10,5710-6C-1, respectivamente [13]. O percentual de umidade
destas fibras de aproximadamente 7,9% [15], sendo que a gua contida nas fibras
contribui para reduzir a rigidez da fibra, fator que pode comprometer sua utilizao
em compsitos polimricos [6].
Silva e Aquino [7] apresentaram uma breve descrio e caracterizao das
fibras de curau, por serem pouco conhecidas na comunidade cientfica, quando
comparadas a outras fibras vegetais empregadas tradicionalmente em compsitos
polimricos. A caracterizao consistiu de ensaios de trao, anlise morfolgica e
termogravimtrica. Segundo Spinac et al. [19], as fibras de curau possuem
propriedades mecnicas especficas similares s fibras inorgnicas o que muito
importante para seu uso como reforo em compsitos polimricos alm de serem
matria prima de fonte renovvel. Fibras modas de curau, submetidas a diferentes
tratamentos lavagem em uma mquina de lavar convencional, tratamento por
imerso em soluo de hipoclorito de sdio ou tratamento com plasma frio de
oxignio em um reator de quartzo e caracterizadas. Aps os tratamentos, foram
observadas modificaes significativas em relao ao teor de umidade, s
propriedades mecnicas e rugosidade superficial. A micromorfologia das fibras
lignocelulsicas pode exercer um efeito significativo nas propriedades mecnicas decompsitos com matriz polimrica. Fibras de curau e piaava apresentam relevos
que, embora acarretem concentraes de tenses, no comprometem o efeito de
reforo dos respectivos compsitos at uma quantidade de 30% de fibras [20].
Corra et al.[21] obtiveram nanofibras de celulose a partir de fibras de curau
submetidas a tratamento alcalino com soluo de NaOH 5%. As nanofibras foram
caracterizadas morfologicamente por microscopia eletrnica de transmisso e de
fora atmica, apresentando formato acicular e razo de aspecto (L/D) de
aproximadamente 14. Aps secagem da suspenso por liofilizao, as nanofibras
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foram caracterizadas usando a tcnica de difrao de raios-X, apresentando altos
ndices de cristalinidade, e de anlise termogravimtrica (TGA), onde se observou
que as nanofibras foram menos estveis termicamente que a fibra tratada, mas
prxima da fibra original, dependendo das condies de secagem das nanofibras.
Existe um interesse crescente no uso de fibras naturais como componentes
de reforo em materiais compsitos, por serem baratas, menos abrasivas,
biodegradveis, quando comparadas com fibras inorgnicas. No entanto a natureza
hidroflica, das fibras naturais, afeta as propriedades adesivas devido fraca
interao interfacial entre as fibras e a matriz polimrica. A modificao da superfcie
da fibra por mtodos fsicos ou qumicos pode amenizar esse problema. No trabalho
de Fermoseli et al.[22], a superfcie das fibras de curau foi modificada com soluo
de hipoclorito de sdio ou plasma. Estes tratamentos no modificaram a densidade e
as propriedades mecnicas e trmicas das fibras, apenas aumentaram a rugosidade
superficial e diminuram o percentual de umidade das fibras. O tratamento por
plasma foi considerado mais vantajoso por no gerar resduo e ser realizado em
apenas uma etapa.
3.3 Matrizes Termorrgidas
Dentre as resinas polimricas, as resinas termorrgidas so as mais utilizadas
no processamento de compsitos polimricos. Isto ocorre por serem fceis de
processar, promovendo uma excelente molhabilidade dos reforos, e apresentarem
um bom balano de propriedades, alm de estarem disponveis em uma ampla
variedade de grades a um custo relativamente baixo.
As resinas termorrgidas so obtidas a partir de oligmeros de baixo peso
molecular e normalmente se apresentam na forma de um lquido de baixa a mdia
viscosidade. A reao de reticulao se d atravs da adio de um agente de cura
(e.g. iniciador ou endurecedor) ou pelo aumento da temperatura. O processo de ps-
cura recomendvel para que se obtenha o mximo em propriedades mecnicas.O
sistema rgido resultante uma rede macromolecular altamente reticulada, infusvel
e insolvel, exibindo alta resistncia/rigidez mecnica com um mnimo de tenacidade
e alta estabilidade trmica [23,24].
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3.3.1 Resina Polister
As resinas de polister so uma famlia de polmeros formados da reao de
cidos orgnicos dicarboxlicos (anidrido maleico ou ftlico) e glicis, que, quando
reagidos, do origem a molculas de cadeias longas lineares. O tipo de cido
influencia as propriedades finais da resina e polisteres ortoftlicas, isoftlicas e
tereftlicas podem ser produzidas. Se um ou ambos constituintes principais so
insaturados, ou seja, contm uma ligao dupla reativa entre tomos de carbono, a
resina resultante insaturada.
A Tabela 1 apresenta os diferentes tipos de resina polister.
Tabela 1:Diferentes tipos de resinas polister [25].
Tipos Comentrios
Ortoftlica Resina mais comum, de menor custo, para uso bsico.
Tereftlica Possui resistncia fsica um pouco superior ortoftlica porm
baixa resistncia UV.
Isoftlica Melhores caractersticas mecnicas, qumicas e trmicas que asanteriores.
Isoftlica c/NPG
O NPG melhora a resistncia hidrlise.
Bisfenlica Possui as melhores caractersticas qumicas e trmicas.
A reao de sntese da resina polister uma reao de polimerizao por
condensao em etapas, ou seja, a reao de um lcool (base orgnica) com um
cido, resultando em uma reao de esterificao, formando um ster e gua. O
grupo funcional [-COO-] o grupo ster. A reao reversvel e, na prtica, o
equilbrio deslocado na direo da esterificao, com eliminao de gua do meio
reacional. Se a reao se processar com um dilcool e um dicido, o produto
resultante contar com diversos grupos ster, dando origem a um polister, cujas
unidades so unidas entre si por ligaes ster [10].
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A reao de cura de resinas polister insaturadas realizada com iniciadores
do tipo perxido, que se dissociam formando um radical livre, para ento se
combinar a uma molcula de monmero, geralmente dissolvido em diluente reativo,
como o estireno, formando assim a cadeia polimrica [26]. O cido isoftlico no
forma anidrido cclico, i.e. no sofre regenerao, como no caso das ortoftlicas, e
consequentemente, pode ser usado para se obter polisteres de alto peso
molecular, ou seja, com cadeias mais longas (Figura 3). Tais cadeias conferem ao
produto final maior resistncia mecnica, pois absorvem melhor impactos e,
conseqentemente, tornam-se polmeros de maior resistncia qumica e trmica
[25].
3.4 Desenvolvimento de Compsitos com Fibras de Curau
Compsitos de polmeros com fibras vegetais vm sendo tambm apontados
como alternativas com potencial econmico para a fixao de carbono na natureza,
reduzindo a emisso de CO2 na atmosfera durante o seu ciclo de produo,
processamento e utilizao, ganhando assim um incremento de seu potencialeconmico devido possibilidade de comrcio de crditos de carbono para a cadeia
produtiva [3].
Figura 3: Resina polister isoftlica insaturada [25].
Em um trabalho publicado [1], avaliaram-se os provveis impactos ao meio
ambiente com a aplicao de fibras de curau na indstria automobilstica em
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substituio fibra de vidro. O estudo identifica as vantagens econmicas e sociais
da aplicao de compsitos reforados com fibras de curau em peas de
automveis. citado que, alm de custar 50% menos que a fibra de vidro, o uso da
fibra de curau pode promover o desenvolvimento regional na Amaznia. O mercado
de compsitos polimricos com fibras naturais cresce rapidamente nos EUA (54% ao
ano) e o mercado global potencial para fibras naturais apenas na indstria
automobilstica de aproximadamente 800.000 ton/ano. No Brasil, esperado que
aproximadamente 10.000 novos empregos relacionados ao setor de produo de
fibras de curau sejam criados somente ao redor da cidade de Santarm/PA at o
final de 2006.
Entre os trabalhos na literatura, cita-se um onde foi realizada a moldagem por
compresso e a caracterizao de compsitos de matriz polister insaturada
(ortoftlica) reforados por fibras de curau. Alguns resultados obtidos esto
apresentados na Tabela 2, sendo que Giacomini et al. [27] concluram que as
propriedades mecnicas encontradas no atenderam s especificaes exigidas
pela Mercedes-Benz. Entretanto, foram sugeridas alternativas para solucionar as
dificuldades, como a modificao das caractersticas dos equipamentos, a
formulao da resina e a necessidade de incorporar maior teor de fibras ou mudar o
tipo de reforo.
Tabela 2: Propriedades mecnicas de compsitos com fibras de curau [27].
Teor defibras (w/w)
Resistncia trao (MPa)
Resistncia aoimpacto (kJ/m2)
Resistncia flexo (MPa)
Mdulo deYoung (MPa)
22,2 34,7 13,9 62,3 404228,4 53,1 26,0 85,3 4998
29,4 40 22,5 54,4 3636
Em outro estudo [28], investigaram-se as propriedades mecnicas de
compsitos de matriz polister ortoftlica reforada com at 30% em peso de fibras
contnuas e alinhadas de curau. Foram realizados ensaios de flexo e a superfciefraturada foi observada por MEV. Segundo os autores, os resultados mostraram
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resistncia superior obtida por outros pesquisadores em compsitos com fibras
curtas e no-orientadas, como esperado.
No trabalho de Monteiro et al. [14], foram investigados os aspectos
microestruturais das fibras de curau em relao ao desempenho em testes de pull-
out, realizados para caracterizar a resistncia interfacial das fibras com uma matriz
de polister. De acordo com os autores, em uma escala micro-estrutural, a adeso
natural entre os filamentos que constituem a fibra origina vazios inter-espacias entre
esses filamentos. Estes vazios permitem a penetrao da matriz ainda lquida
podendo auxiliar na adeso matriz polimrica, resultando em um reforo efetivo
para compsitos reforados com fibras de curau.
Almeida et al. [29], fizeram um estudo para verificar a eficcia de tratamentos
com NaOH e enzimas em fibras de curau utilizadas para a produo de compsitos
com matriz polister. Comparou-se os valores da tangente de perda (tan ), do
mdulo de armazenamento (E) nas regies elstica e viscosa, da temperatura de
transio vtrea (Tg) e tambm o comportamento em ensaios de flexo de trs
pontos desses compsitos. Embora nenhum tratamento tenha alterado de maneira
significativa os valores de resistncia flexo, houve uma reduo estatisticamente
significativa na deformao dos compsitos reforados por fibras tratadas em
relao ao compsito fabricado com fibras in natura. Todos os tratamentos
aumentaram o mdulo de elasticidade dos compsitos e houve uma tendncia de
aumento da rigidez nos compsitos tratados, em relao ao compsito reforado
com fibras in natura, que foi creditado a uma possvel maior adeso na interface
fibra/matriz. Em outros trabalhos, estudam-se tratamentos qumicos das fibras de
curau com os agentes NaOH [30] e lcool furfurlico [15] de modo a melhorar a
performance mecnica dos compsitos.
Mothe et al. [31] avaliaram a influncia das fibras de curau no
comportamento trmico e na coesividade polimrica do poliuretano (PU) por anlise
termo-dinmico-mecnica e calorimetria exploratria diferencial. A interao
especfica entre as fibras e o segmento rgido do PU influenciou o mdulo de
armazenamento (E) e o mdulo de perda (E). Cita-se tambm um trabalho com
compsitos de PU reforados com fibras de curau em diferentes propores: 10 e
20% w/w, que foram preparados usando o mtodo de mistura por fuso [32].
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rotao causa a reduo do comprimento, do dimetro e da razo de aspecto das
fibras nos dois tipos de compsitos. A diminuio do efeito de reforo das fibras fica
evidenciado pelas propriedades mecnicas de flexo e trao dos compsitos [36].
Segundo Santos et al. [37], o interesse recente pelo uso de fibras vegetais
como reforo de polmeros tem aumentado devido s vantagens ambientais e
tecnolgicas nicas que podem ser obtidas. Neste trabalho, foi avaliado o uso em
compsitos de fibras de curau com poliamida-6 (PA-6) em substituio fibra de
vidro. Foram preparados por extruso compsitos com diferentes teores de fibra, 20,
30 e 40% wt% e com comprimento mdio de fibra de 0,1 ou 10 mm, sendo moldados
por injeo. As propriedades em trao e flexo desses compsitos foram melhores
do que os sem carga, mas inferiores aos de poliamida-6 reforados com fibra de
vidro. No entanto, a resistncia ao impacto e a temperatura de deflexo trmica
foram similares aos compsitos de poliamida-6 com fibra de vidro, apresentando
menor densidade o que permite sua utilizao em aplicaes especficas e no-
crticas.
Em outro trabalho [38], a superfcie das fibras de curau foi modificada com
nano-partculas de polianilina (PANI), o que resultou em um aumento significativo da
condutividade eltrica das fibras (em aproximadamente 2500 vezes). O material
modificado tambm foi caracterizado por FT-IR, XPS e SAXS, e os resultados
obtidos foram utilizados para explicar algumas das caractersticas observadas no
material, como a condutividade eltrica.
Tambm foi desenvolvido um compsito verde, fabricado com resina
biodegradvel termoplstica, uma blenda base de amido de milho e policido
ltico, reforada por fibras de curau. O compsito atingiu uma resistncia trao
de 10,6 MPa, densidade de 1,16 Mg/m3e deformao na ruptura de 6,5% [4].
Fibras de curau como reforo de compsitos polimricos termoplsticos
apresentam propriedades especficas excelentes quando comparadas com cargas
minerais. As propriedades mecnicas dos produtos so prximas dos produtos com
carga de fibra de vidro, no entanto necessrio melhorar a interao fibra-polmero.
Compsitos polimricos com fibras naturais abrem muitas oportunidades no apenas
na indstria automotiva, mas tambm em vrias outras aplicaes industriais ondeh a necessidade por compsitos verdes. Alm do aspecto ecolgico dessas fibras
existem muitas consideraes relacionadas aplicao industrial, includo o
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segmento automotivo. Pesquisas atuais e futuras devem focar em como incrementar
o desempenho desses compsitos para torn-los to funcionais quanto os produtos
tradicionais [39]. Neste contexto, cita-se o trabalho de John e Thomas [2], que
fizeram uma reviso na literatura recente sobre vrios aspectos de fibras
lignocelulsicas e de biocompsitos. O termo biocompsitos vem sendo aplicado a
uma gama de materiais derivados total ou parcialmente de recursos renovveis da
biomassa. Segundo esses autores, a revoluo atual dos materiais nessa rea
talvez seja promovida pelos materiais compsitos verdes.
3.5 Desenvolvimento de Compsitos Hbridos com Fibras Vegetais e Fibras de
Vidro
Segundo Mishra et al. [16], os materiais compsitos baseados em reforos
compostos por dois ou mais tipos de fibras em uma matriz, ou seja, os compsitos
hbridos, podem apresentar uma grande diversidade de propriedades e ainda
permanece em um estgio preliminar de desenvolvimento. Pesquisas revelam que o
comportamento dos compsitos hbridos aparenta ser a simples mdia ponderadadas propriedades dos componentes individuais, podendo, porm apresentar um
balano mais favorvel entre as vantagens e as desvantagens inerentes a todos os
materiais compsitos.
Compsitos hbridos podem ser projetados pela combinao de fibras
sintticas e fibras naturais em uma matriz e pela combinao de duas fibras naturais
(s vezes denominadas de biofibras) em uma matriz. A hibridizao com fibra de
vidro um mtodo para incrementar as propriedades mecnicas dos compsitoscom fibras naturais, sendo que o grau de resistncia depende do design e da
construo do compsito [2]. geralmente aceito que as propriedades dos
compsitos hbridos so controladas por fatores como a natureza da matriz, o
comprimento e a composio relativa dos reforos, a orientao, a interface fibra-
matriz, o grau de entrelaamento entre as fibras, o design da hibridizao, entre
outros. No trabalho citado, foi avaliado experimentalmente o potencial de reforo
obtido com a introduo de fibras vegetais (abacaxi e sisal) formando compsitoshbridos com fibras de vidro em matriz de polister. Adicionando-se baixos teores de
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fibra de vidro s fibras vegetais promoveu-se a performance mecnica do compsito
hbrido. A superfcie das fibras de sisal tambm foi modificada com diferentes
tratamentos qumicos o que proporcionou uma melhora nas propriedades mecnicas
dos compsitos hbridos, sendo observado tambm que nos compsitos hbridos h
uma menor absoro de umidade [16].
Em outro trabalho [40], foi avaliado o desempenho mecnico de compsitos
de polister com tecidos hbridos sisal/vidro fabricados manualmente com 3
diferentes tipos de tecidos, com sisal no sentido do urdume e vidro no sentido da
trama. Como esperado, as propriedades em trao dos compsitos aumentaram
com o aumento do teor de fibras, sendo maiores na direo das fibras de vidro.
Cavalcanti et al. [41] apresentaram uma modelagem matemtica
tridimensional transiente para predizer a transferncia de massa durante a absoro
de gua em um compsito com tecido hbrido juta-vidro (26% de juta, 32% de vidro e
42% de resina polister insaturado). Foram mostrados dados da evoluo da
umidade mdia dentro do material durante o processo em comparao aos dados
experimentais analisados, obtendo-se um coeficiente de difuso.
J na referncia [42], foi desenvolvido um compsito laminado hbrido commatriz em resina polister ortoftlica reforada por fibras contnuas de curau e
mantas de fibra de vidro-E. Foram realizados ensaios de absoro de gua e de
trao e flexo. Concluiu-se que os compsitos hbridos absorvem mais umidade do
que compsitos feitos unicamente com fibras de vidro. As propriedades mecnicas
mais afetadas pela absoro de gua foram o mdulo elstico em flexo, quando
imerso em gua do mar, e a resistncia trao, quando imerso em gua destilada.
Da Silva et al.[43] desenvolveram compsitos laminados hbridos associandofibras naturais (mantas de fibras longas de curau) e sintticas (mantas de vidro-E)
ao polister. As propriedades mecnicas em flexo do laminado hbrido foram muito
prximas do laminado de fibra de vidro, j o laminado de curau teve um
desempenho bastante inferior. Nos ensaios de absoro de gua, foi comprovada a
eficincia da hibridizao na reduo do percentual de absoro de gua em relao
ao laminado com fibra natural.
Oliveira e Aquino [44] apresentaram um estudo de resistncia, rigidez emecanismo de dano de compsitos hbridos de matriz polister ortoftlica reforada
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com tecidos de vidro-E e tecidos de fibras de juta ou fibras unidirecionais de curau,
indicando um melhor desempenho mecnico dos compsitos vidro/curau em
relao aos vidro/juta. Tambm, fibras de palma de leo foram hibridizadas com
fibras de vidro, sendo que o desempenho geral dos compsitos foi melhorado pela
adio de fibras de vidro. A resistncia ao impacto apresentou um grande
incremento pela introduo de uma pequena quantidade de fibras de vidro [45].
Em um estudo anterior do grupo de pesquisa LAPOL/UFRGS [46], avaliaram-
se as propriedades mecnicas de compsitos hbridos sisal/vidro em matriz de
polister em funo da seqncia de empilhamento das diferentes mantas de fibra.
As diferentes combinaes de sisal e vidro apresentaram propriedades
intermedirias, mas dependendo da seqncia de empilhamento e do volume de
reforo, atingiram-se propriedades muito prximas aos dos compsitos com apenas
fibras de vidro.
Como se pode ver, as combinaes de fibras vegetais com fibras sintticas
pode se apresentar como uma tima alternativa para a incluso de fibras vegetais
em compsitos de maior responsabilidade, ao mesmo tempo reduzindo-se o uso de
fibras sintticas. Alm disso, a combinao das diferentes propriedades das fibras
envolvidas pode resultar em materiais mais eficientes em determinadas aplicaes,
por exemplo, unindo a rigidez da fibra sinttica com a maior capacidade de absoro
de vibraes das fibras vegetais.
3.6 Ensaios Short Beam
Ensaios denominados de short beam (ASTM D2344M) so realizados para
inferir a resistncia ao cisalhamento interlaminar (ILSS) de materiais compsitos.
Estes ensaios permitem a identificao do local onde inicia a delaminao e a sua
forma de propagao. Outra caracterstica muito importante de compsitos que a
adeso fibra-matriz tambm pode ser indiretamente avaliada por este ensaio. Na
literatura pesquisada, no foram encontrados trabalhos que relatassem resultados
de ensaios short beam em compsitos reforados com fibras vegetais e mantas
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Silva, H. S. P. REVISO BIBLIOGRFICA
21
produzidas com fibras curtas de forma manual com disperso homognea e
aleatria.
Compsitos so utilizados em muitas aplicaes como materiais de
engenharia. A resistncia ao cisalhamento interlaminar um parmetro muito
importante no design de estruturas. Muitos mtodos foram sugeridos para mensurar
a resistncia ao cisalhamento interlaminar em compsitos reforados por fibras.
Atualmente, short beamem trs pontos o mtodo mais utilizado para se observar a
falha por cisalhamento que ocorre no plano central do corpo de prova [47], sendo
largamente utilizado na caracterizao mecnica de compsitos devido a sua
simplicidade e pequena quantidade de material requerida para o ensaio, podendo-
se produzir muitos corpos de prova a fim de se obter uma descrio estatstica
confivel [48].
O ensaio de short beam submete o corpo de prova flexo, da mesma
maneira que um ensaio de flexo comum, porm o comprimento do corpo de prova
muito pequeno em relao sua espessura. Por exemplo, a ASTM D2344 especifica
que a distncia entre suportes (span) deve obedecer razo de 4:1
(span/espessura) para minimizar tenses associadas flexo (efeitos de trao e
compresso) e maximizar a tenso de cisalhamento induzida [49].
A presena de vazios em compsitos estruturais pode ter efeitos deletrios
significativos. Em geral, os vazios diminuem a resistncia esttica e a sua vida em
fadiga. Essa influncia bastante pronunciada na resistncia ao cisalhamento
interlaminar [50], portanto este teste fornece tambm uma estimativa da qualidade
da moldagem. O teor de vazios pode ser determinado combinando-se as normas
ASTM D792 e ASTM D2734, porm, em compsitos reforados com fibras naturais,
o clculo do volume de vazios pode ficar comprometido devido grande variao de
densidade das fibras naturais.
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Silva, H. S. P. MATERIAIS E MTODOS
22
4 MATERIAIS E MTODOS
4.1 Materiais
Os materiais utilizados nos compsitos polimricos desenvolvidos nesta
dissertao foram:
a) Mantas com fibras de curau, fibras de vidro e mantas hbridas (curau/vidro), que
foram produzidas in house utilizando:
Fibras de curau: Obtidas diretamente de um produtor do interior do estado do
Par (Figura 4a).
Fibras de vidro E na forma de roving (bobina de fios), da empresa Owens
Corning (cdigo ME 3050 4000), com densidade de 2,5 g/cm3, para aplicao em
moldagem por spray-up(Figura 4b).
Figura 4: Fibras de curau in natura (a) e rovingde fibras de vidro-E (b).
b) Duas resinas de polister insaturada isoftlica, especificadas nas Tabelas 3 e 4.
O que motivou a substituio da resina UCEFLEX UC ISO 1005 pela ARAZYN
AZ 12.0, foi o envelhecimento da resina e a impossibilidade de adquirir quantidades
inferiores a 250 kg, enquanto que a ARAZYN pde ser adquirida na quantidadeadequada para os experimentos que seriam realizados.
(b)
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Silva, H. S. P. MATERIAIS E MTODOS
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Tabela 3: Caractersticas da resina UCEFLEX UC ISO 1005, da Elekeiroz [51].
Descrio: Resina polister insaturada, isoftlica, de mdia reatividade, mdiaviscosidade, no acelerada de cura rpida e uniforme, pequena contrao durante apolimerizao e excelentes propriedades mecnicas finais.
Caractersticas Unidade Valores
Viscosidade (25C) cP 400 600
Tempo de gel* min 9 15
Pico exotrmico --- ---
ndice de acidez mgKOH/g 15 max
Teor de slidos --- ---
Teor de estireno % 44 max
Densidade (25 C) g/cm3 1,10 1,20
Dureza Barcol --- ---
*Cura a 25C, com 0,6 c.c. de Octanato de Co 6% + 0,9 c.c. de P-MEK em 100 g de resina.
Tabela 4: Caractersticas da resina ARAZYN AZ 12.0, da Ara Ashland [52].
Descrio:Resina polister insaturada, isoftlica, baixa viscosidade, no acelerada,alta transparncia e colorao amarelada, apresentando timas propriedades fsicase qumicas.
Variveis Unidade Valores
Viscosidade (25C) cP 400 600
Tempo de gel* min 10 - 15
Pico exotrmico C 190ndice de acidez mg KOH/g 10 mx.
Teor de slidos % 55
Teor de estireno -- --
Densidade (25/4 C) -- --
Dureza Barcol* -- 35
*Cura a 25C, com 0,5% de octanato de Co 6% + 1,0 g de P-MEK em 100 g de resina.
seguido de ps-cura de 3 horas a 80C.
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Silva, H. S. P. MATERIAIS E MTODOS
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c) Dois iniciadores de reao:
BUTANOX M-50 - Perxido de metil-etil-cetona (PMEK), 33% em dimetil-
ftalato).
Perxido de Benzoila (PBO).
O PMEK foi substitudo pelo PBO visando um maior controle sobre o processo de
moldagem j que o PBO s comea a reagir acima de 50C.
d) Como desmoldante foram utilizados:
Cera de carnaba.
Chemelease 75 (agente desmoldante do tipo semi-permanente da CHEM-
TREND).
A cera de carnaba foi substituda pelo agente desmoldante Chemelease 75,
visando um melhor acabamento superficial e maior agilidade no processo de
moldagem e desmoldagem dos compsitos.
4.2 Mtodos
4.2.1 Preparo das Fibras de Curau
As fibras utilizadas neste estudo foram adquiridas diretamente de um
agricultor da regio de Santarm, no interior do estado do Par. As fibras nohaviam sofrido qualquer tipo de tratamento, a no ser a retirada da mucilagem e uma
limpeza grosseira das fibras, secando ao ar livre. Tendo-se assim a oportunidade de
trabalhar com fibras de curau em seu estado natural.
Buscando a forma mais econmica e eficaz para a utilizao das fibras de
curau, como reforo em compsitos polimricos, as fibras foram utilizadas de trs
diferentes formas ou com trs diferentes tratamentos bsicos. De acordo com o
tratamento realizado, as fibras foram denominadas:
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Silva, H. S. P. MATERIAIS E MTODOS
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In natura: Fibras utilizadas como recebidas, sofrendo apenas uma limpeza
superficial (Figura 5a).
Secas: Fibras utilizadas aps uma limpeza superficial e uma secagem em
estufa com circulao forada de ar (Marca DeLee, Modelo N2.04),
imediatamente antes da moldagem dos compsitos, na temperatura de 105C
por 30 min.
Lavadas: Fibras da Figura 5b que foram penteadas e passaram por um
processo manual de lavagem para a retirada de sujidades e impurezas, ficando
submersas em gua destilada durante 1 h. Em seguida, foram secas por 50 min
a 105C no mesmo equipamento descrito acima e novamente penteadas paraprovocar a desfibrilao e aprimorar a limpeza. As mantas foram secas
imediatamente antes da moldagem dos compsitos, na temperatura de 105C
por 30 min.
Figura 5: Fibras de curau in natura(a) e fibras lavadas (b).
Assim, definiu-se o processamento primrio aplicado s fibras utilizadas para
o restante dos compsitos fabricados durante o trabalho. Aps cada tratamento, as
fibras foram selecionadas, cortadas e preparadas para serem utilizadas como
reforo.
A densidade das fibras de curau in natura e lavadas foi obtida atravs de
ensaios de picnometria, segundo a norma ISO 1183-1. Tambm determinou-se a
densidade da fibras de curau lavadas atravs de ensaios de picnometria a gs,
utilizando um multi-picnmetro (Marca Quantachrome, Modelo MVP-1) com gs
(a) (b)
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Hlio. O picnmetro a gs determina o volume verdadeiro de um slido, mesmo que
poroso, por variao da presso de gs numa cmara de volume conhecido.
Normalmente utiliza-se Hlio porque este gs, alm de inerte, penetra facilmente nos
poros (acessveis) da amostra, devido ao pequeno tamanho dos seus tomos,
permitindo assim, determinar o volume do slido com mais rigor [53].
Atravs da anlise termogravimtrica (TGA) em atmosfera de nitrognio, com
rampa de aquecimento de 20C/min, observou-se a estabilidade trmica das
amostras de fibras de curau in naturae aps lavagem com o objetivo de definir as
temperaturas possveis de processamento dos compsitos sem provocar danos
estrutura das fibras.
4.2.2 Produo das Mantas com Fibras de Curau
Com o volume de reforo a ser utilizado em cada compsito e a densidade
das fibras pr-definidos, foram produzidas mantas por disperso manual homognea
e aleatria nas dimenses do molde a ser utilizado. Este mtodo foi utilizado para a
produo das mantas utilizadas na definio do tipo de tratamento a ser empregado
nas fibras e tambm para os compsitos de curau onde se estudou a variao do
teor de fibras e para os hbridos (Figura 6).
Para os compsitos onde se avaliou o efeito dos diferentes comprimentos de
fibras, as mantas foram produzidas em um aparato construdo com material
compsito reutilizado que foi denominado de aqurio. Este aparato consistiu de umrecipiente contendo gua destilada e um suporte para iar a manta ao final do
processo (Figura 7), e foi usado com o objetivo de se avaliar sua eficincia na
produo de mantas de fibras vegetais.
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Figura 6: Fibras de vidro e curau picadas (a), manta de curau (b) e manta hbrida
curau/vidro (c).
Figura 7: Aparato construdo de material compsito, utilizado para a produo demantas de fibras vegetais.
(a)
(b) (c)
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Para se produzir as mantas no aparato desenvolvido, as fibras de curau
lavadas foram cortadas no comprimento requerido e novamente submersas dentro
de um recipiente com gua destilada por 10 a 15 min, ento so iadas
gradativamente e dispersadas dentro do aqurio (Figura 8a). Com a deposio das
fibras, a manta vai sendo formada (Figura 8b) at sua emerso completa (Figura 8c),
sendo ento prensada durante 10 min sob uma carga de 2 ton para a retirada do
excesso de gua e ento secas a 105C durante 50 min na mesma estufa citada.
Figura 8: Processo de produo de mantas em gua destilada: (a) incio da
deposio das fibras, (b) manta em formao e (c) manta obtida.
(a) (b)
(c)
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4.2.3 Projeto e Desenvolvimento de Molde
O LAPOL j contava com um molde metlico para o processamento por
compresso dos compsitos (Figura 9). Este molde foi usado para a obteno dos
compsitos preliminares.
Figura 9: Molde em ao inox, cavidade interna de 150 50 10 mm
denominado Molde 1.
Entretanto, visando maior agilidade na produo, um melhor acabamento
superficial e maior uniformidade dimensional dos compsitos, optou-se pelo
desenvolvimento de um novo molde. As Figuras 10 e 11 mostram, respectivamente,
os desenhos da parte inferior (fmea) e da parte superior (macho) do projeto do
molde. O molde final foi produzido em ao inox AISI 304 no laboratrio de usinagem
da Universidade Comunitria de Caxias do Sul (UCS) e est apresentado na Figura
12.
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Figura 10: Desenho da parte inferior do molde construdo - Molde 2.
Figura 11: Desenho da parte superior do molde construdo - Molde 2.
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Figura 12: Molde em ao inox - cavidade interna de 270 170 22 mm
denominado Molde 2.
4.2.4 Produo dos Compsitos
O processo de moldagem utilizado, apresentado no fluxograma da Figura 13,
foi o de compresso quente sob carga de 3 ton, a 95C e por 70 min. O
equipamento empregado foi uma prensa hidrulica da Marconi com aquecimento e
controle/monitoramento digital, modelo MA 098/A 3030 (Figura 14).
Figura 13: Fluxograma de produo e caracterizao dos compsitos.
Tratamentodas fibras
Fibras decurau
Moldagem doscompsitos
Caracterizaodos compsitos
Produodas
mantasFibras devidro E
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Figura 14: Prensa hidrulica Marconi utilizada nas moldagens.
Como reforo, foram utilizadas mantas de fibras de curau (tratadas ou no)
ou mantas hbridas (curau/vidro). Com exceo das mantas dos compsitos com
fibras in natura, todas as mantas sofreram um processo de secagem em estufa com
circulao forada de ar, permanecendo a 105C por 30 min, imediatamente anterior
moldagem. Tambm antes de qualquer moldagem, o conjunto resina+iniciador
sofreu um processo de degasagem por 5 min em um banho ultra-snico (Marca
UNIQUE, Modelo USC-1400A) (Figura 15).
Figura 15: Equipamento de ultrassom utilizado na degasagem.
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33
Os compsitos preliminares foram moldados utilizando-se mantas com fibras
in natura, ou aps secagem ou ainda aps lavagem/secagem/penteamento. O
comprimento e o teor volumtrico de fibras (%Vf) utilizados foram de 30 mm e de
20%, respectivamente. Em seguida, foram produzidos compsitos variando-se o
comprimento das fibras entre 10, 20, 30, 40 e 50 mm, mantendo-se o (%Vf) de 20%.
Foram moldadas placas planas, em um molde de ao inox, de cavidade interna com
dimenses de 150 150 3 mm (Figura 9). Estes compsitos foram produzidos na
forma de placas planas no Molde 1(Figura 9) utilizando-se a resina UCEFLEX UC
ISO 1005 (Tabela 3) e o iniciador BUTANOX M-50, na proporo de 1,5% em
volume de resina. No foi utilizado ps-cura nesses compsitos.
Tambm foram produzidos compsitos com fibras de curau para serem
caracterizados por ensaios short beam. Foram moldados compsitos com %Vf =
20% com diferentes comprimentos de fibra (10, 20, 30, 40 e 50 mm), outros
compsitos mantendo-se o comprimento das fibras em 30 mm e utilizando %V f= 10,
20, 30 e 40%, alm de compsitos com diferentes espessuras (3,15, 4,80, 6,45 mm)
mantendo-se o %Vf (20%) e o comprimento de fibra (30 mm) constantes. Estes
compsitos foram moldados na forma de placas planas nas mesmas condies
supra-citadas.
Aps a definio do tipo de pr-processamento e do comprimento timos das
fibras de curau, foram moldados compsitos com diferentes fraes volumtricas
de fibras (%Vf = 10, 20, 30 e 40%). Nessas moldagens, foi utilizada a resina
ARAZYN AZ 12.0 (Tabela 4) e o Molde 2. Como iniciador, foi utilizado perxido de
benzoila (PBO) na proporo de 2% em massa de resina. Esses compsitos
passaram por ps-cura de 2 h a 60C, em estufa com circulao forada de ar,
conforme recomendao do fabricante.
Finalmente foram produzidos compsitos hbridos, com %Vf = 20% (total),
utilizando-se um teor volumtrico varivel das fibras constituintes (curau/vidro)
entre 0/100, 25/75, 50/50, 75/25 e 100/0 (volume/volume). Nessas moldagens foi
utilizada a resina ARAZYN AZ 12.0 e PBO na proporo de 2% em massa de resina
e o Molde 2. Esses compsitos passaram por ps-cura de 2 h a 60C, em estufacom circulao forada de ar.
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Silva, H. S. P. MATERIAIS E MTODOS
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4.2.5 Caracterizao dos Compsitos
4.2.5.1 Preparao dos Corpos de Prova
A partir das placas moldadas foram extrados corpos de prova (CPs) para a
realizao dos diversos ensaios, utilizando-se uma mquina de corte da NORTON,
modelo TT 200 EM, com disco diamantado. Os CPs sofreram ento um polimento
final em uma politriz (Marca PANTEC, Modelo Polipan-U), buscando-se o mximo de
preciso dimensional. Os ensaios foram realizados em ambiente climatizado a uma
temperatura de 23 2C e umidade relativa do ar de 50 5%. A caracterizao dos
compsitos foi realizada por diversos ensaios, detalhados a seguir.
4.2.5.2 Ensaios Realizados
Densidade: A avaliao experimental de densidade dos diferentes compsitos foi
realizada de acordo com a norma ASTM D792, usando gua destilada.
Trao: Os ensaios de trao foram realizados de acordo com a norma ASTM
D3039, em uma mquina universal de ensaios mecnicos EMIC DL 2000, com
velocidade de 2 mm/min, sem extensmetro. Foram obtidos valores de mdulo de
elasticidade, resistncia trao e alongamento na ruptura. Foram utilizados 10 CPs
de dimenses 150 25 3 mm para cada tipo de compsito.
Flexo:Os ensaios de flexo foram realizados de acordo com a norma ASTMD790, na mesma mquina universal de ensaios descrita acima. Obteve-se os
valores de mdulo de elasticidade, resistncia flexo e alongamento na ruptura.
Foram utilizados 10 CPs de dimenses 120 12,7 3 mm para cada tipo de
compsito.
Impacto:Os ensaios de impacto Izod (sem entalhe) foram realizados de acordo
com a norma ASTM D256, em uma mquina para ensaios de impacto CEAST, com
martelo de 5,5 J. Obteve-se os valores resistncia ao impacto. Foram utilizados 12CPs de dimenses 60 12,7 3 mm para cada tipo de compsito.
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Silva, H. S. P. MATERIAIS E MTODOS
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Dureza Barcol:Os ensaios de dureza Barcol foram realizados de acordo com a
norma ASTM D2583. Os resultados de dureza foram obtidos a partir de uma mdia
de 15 leituras na superfcie do compsito em pontos espaados entre si.
Short Beam:Os ensaios short beam foram realizados de acordo com a norma
ASTM D2344. A norma exige que a geometria dos corpos de prova seja:
comprimento (h) = 6 espessura, e largura (b) = 2 espessura. Foram utilizados 10
corpos de prova em cada uma das sries de ensaios realizados e a razo s/t
(span/thickness) foi mantida em 4:1.
Os ensaios foram realizados em uma mquina universal de ensaios EMIC DL
30000 N, na configurao representada na Figura 16. A resistncia short beam foicalculada atravs da Equao (1), onde P a carga mxima registrada, b e h so a
largura e a espessura do corpo de prova, respectivamente.
hb
P
=
75,0BeamShortaResistnci (1)
Figura 16: Esquema ilustrativo do ensaio short beamem 3 pontos.
P
t
span (s), ou vo
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Silva, H. S. P. RESULTADOS E DISCUSSO
36
5 RESULTADOS E DISCUSSO
5.1 Caracterizao das Fibras de Curau
Atravs de uma srie de ensaios de picnometria, determinou-se a densidade
das fibras de curau utilizadas. As fibras in naturaapresentaram densidade de 1,37
0,07 g/cm3e as fibras lavadas 1,38 0,06 g/cm3. A densidade das fibras de curau
lavadas tambm foi determinada atravs de ensaios de picnometria a gs e obteve-
se densidade de 1,38 0,01 g/cm3, confirmando os valores de densidade obtidos
nos ensaios de picnometria.
Por TGA observou-se a estabilidade trmica das amostras de fibras de curau
in natura (Figura 17) e fibras lavadas (Figura 18). A perda de massa nas fibras in
natura iniciou com a evaporao de gua entre 32 e 125C, sendo o ponto de
mxima evaporao em torno de 69C. Um segundo processo de perda de massa
ocorreu entre 174 e 253C, atribudo degradao de hemicelulose, ceras e
sujidades presentes nas fibras in natura. O processo de degradao continuou com
a presena de um ombro entre 295 e 317C, creditado degradao de
hemicelulose. Entre 317 e 398C, com mximo grau de degradao em torno de
365C, ocorreu principalmente a degradao da celulose. Acima de 365C a perda
de massa continua com a degradao da lignina restante.
Nos ensaios realizados neste trabalho, observou-se uma pequena diferena
de comportamento entre as duas amostras abaixo de 220oC, provavelmente devido
maior presena de gua, ceras e sujidades na amostra de fibras in natura. J na
amostra de fibras lavadas, o segundo processo de perda ocorreu entre 216 e 320oC.
Sendo o processo de degradao restante bastante similar para as duas amostras.
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Silva, H. S. P. RESULTADOS E DISCUSSO
37
0 200 400 600 800 10000
20
40
60
80
100
Deriv.massa(%/
0C)
Massa(%)
Temperatura 0C
0,0
0,6
1,2
1,8
365,9
213,6
Figura 17: Anlise termogravimtrica (TGA) das fibras de curau in natura.
0 200 400 600 800 10000
20
40
60
80
100
Massa(%)
Temperatura 0C
0,0
0,6
1,2
1,8
Deriv.massa
(%/
0C)
364,9
Figura 18: Anlise termogravimtrica (TGA) das fibras de curau lavadas.
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Silva, H. S. P. RESULTADOS E DISCUSSO
38
Resultados de estudos anteriores [17] j haviam demonstrado que at 200oC
ocorre a perda de gua e de alguns componentes, como ceras e sujidades,
enquanto prximo a 250oC inicia-se a degradao das estruturas qumicas dos
componentes das fibras, seguido de carbonizao, com uma perda de massa entre
18 e 85%. Em um estudo realizado em 2007 [13], constatou-se que no primeiro pico
exotrmico entre 200-290oC ocorre a degradao de hemicelulose e entre 240-
360oC ocorre a degradao da celulose formando uma estrutura ramificada, num
outro pico, entre 280-500oC, ocorre a degradao da lignina. Comparando esses trs
componentes, a lignina o mais difcil de decompor, sua decomposio ocorre
lentamente com um grau mximo de decomposio a 439oC [19].
Figura 19: Imagem (MEV) lateral da fibra de curau lavada em diferentes
ampliaes: (a) 500, (b) 1.000 e (c) 3700.
(a)
(b) (c)
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Silva, H. S. P. RESULTADOS E DISCUSSO
39
Atravs da micrografia MEV da Figura 19, pode-se observar que as fibras de
curau so formadas por um aglomerado de micro-fibrilas. Observa-se tambm que
a superfcie da fibra ligeiramente rugosa e no uniforme, o que pode facilitar o
ancoramento mecnico da resina, portanto a adeso fibra/matriz. Diferentemente
das fibras sintticas, essas fibras (Figura 20) apresentam uma grande diversidade na
forma geomtrica da seo transversal, lembrando tambm que o dimetro das
fibras de curau no