FIBRA DE COCO.pdf

7/25/2019 FIBRA DE COCO.pdf

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PROPRIEDADES MECNICAS DE COMPSITOS POLIMRICOS

REFORADOS COM FIBRAS DE FOLHAS DE ABACAXIZEIRO

(PALF).

MAYCON DE ALMEIDA GOMES

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE DARCYRIBEIROUENF

CAMPOS DOS GOYTACAZESRJ

AGOSTO - 2015


2/158



(PALF).


Orientador: Carlos Maurcio Fontes Vieira

CAMPOS DOS GOYTACAZESRJ

AGOSTO - 2015

Tese apresentado ao Centro de Cincias eTecnologias, da Universidade Estadual do

Norte Fluminense Darcy Ribeiro, como parte

das exigncias para a obteno do ttulo de

Doutor em Engenharia e Cincia dos

Materiais.


3/158



(PALF).


Aprovada em 27 de Agosto de 2015.

Comisso Examinadora:

_______________________________________________________________Professor, Djalma Souza (D Sc.)UENF.

_______________________________________________________________Professor, Frederico Muylaert Margem (D Sc.) - Faculdade Redentor.

_______________________________________________________________Professor, Gustavo Wagner Menezes (D Sc.)IFF.

_______________________________________________________________Professor, Carlos Maurcio Fontes Vieira (D Sc.)UENF.

(Orientador)

Tese apresentado ao Centro de Cincias e

Tecnologias, da Universidade Estadual do

Norte Fluminense Darcy Ribeiro, como parte

das exigncias para a obteno do ttulo de

Doutor em Engenharia e Cincia dos

Materiais.


4/158

Dedico este trabalho primeiramen te a Deus, aos meus Pais, Joslia Maria

de Alm eida Gomes e Valter Santana Gomes (em memria), aos m eus

irmos Br un o L us e Kss illa Gom es, aos meus avs, En ita e Juc a, e aos

meus sobrin ho s, Br uno e Enzo. Sem Vo cs, nad a seria p ossvel!


5/158

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeo a Deus e aos meus familiares, por todo

incentivo e companheirismo ao longo dessa jornada.Agradeo ao Professor Carlos Maurcio Fontes Vieira, pela generosidade

em me orientar, quando durante o meu Doutoramento, tive que trocar de

orientador e linha de pesquisa.

Agradeo ao Professor Srgio Neves Monteiro, por todo conhecimento

passado, pela sua generosidade, em sempre est solicito aos meus

questionamentos, e pelo Ser Humano incrvel que , mostrando valores como,

simplicidade e humildade.

Agradeo ao Professor Frederico Muylaert Margem, pela orientao

desempenhada, onde o mesmo, sempre se mostrou solicito a me ajudar.

Agradeo aos Professores, Gustavo Wagner Menezes e Djalma Souza,

pela honra em fazerem parte da minha banca, contribuindo significantemente

no melhoramento da minha Tese.

Agradeo aos colegas do GR.COM, Giulio, Carol Teles, Ygor, Anna,

Jean Igor, Lzaro, Gabriel, Carol Ribeiro, Caroline Oliveyra, Artur Camposo,

por formarem um grupo competente e bem humorado, no qual sempre gostei

de fazer parte.

Agradeo aos amigos do Instituto Federal Fluminense, onde atuo como

Professor. Estes, sempre com palavras encorajadoras, me incentivaram a no

desistir e ir at a linha de chegada, para comemorar a vitria.

Agradeo aos tcnicos do LAMAV, Bruno e Michel, por estarem sempre

aptos a me ajudar na preparao dos corpos de provas e realizao dos

ensaios mecnicos.

Por fim, agradeo a todos aqueles que direta ou indiretamente,

contriburam com o desenvolvimento desta Tese.


6/158

SUMRIO

NDICE DE FIGURAS V

NDICE DE TABELAS XI

RESUMO XIII

ABSTRACT XIV

CAPTULO 1INTRODUO 01

1.1Introduo 01

1.2 - Objetivo Geral 03

1.3 - Objetivo especfico 03

1.4Justificativas 04

1.5Ineditismo 05

CAPTULO IIREVIS O BIBLIOGRFICA 06

2.1Compsitos 06

2.1.1Classificao de compsitos 08

2.1.2Processos de fabricao de compsitos 09

2.1.3Adeso mecnica na interface fibra/matriz dos compsitos 09

2.1.4Fratura em compsitos reforados com fibras 11

2.1.4.1Desprendimento da fibra (pullout) 12

2.1.4.2Separao entre fibra/matriz 12

2.1.4.3Ruptura das fibras 13

2.1.4.4Ruptura da matriz 13

2.1.4.5Delaminao 13

2.2Matrizes utilizadas em compsitos 13

2.2.1Matrizes metlicas 14

2.2.2Matrizes cermicas 142.2.3Matrizes polimricas 14

2.3Tipos de reforos utilizados em compsitos 17

2.3.1Fibras 18

2.3.1.1Fibras sintticas 19

2.3.1.2Fibras Naturais Vegetais 19

2.3.1.2.1- Fibras de PALF 36

I


7/158

II

CAPTULO IIIMATERIAIS E MTODOS 41

3.1Materiais utilizados no desenvolvimento da Tese 41

3.1.1Fibra de PALF 413.1.2 - Matriz Polimrica 41

3.1.2.1Resina Polister 41

3.1.2.2Resina Epxi 42

3.2-Preparao dos corpos de prova 42

3.2.1Corpos de prova para ensaios de trao 42

3.2.2Corpos de prova para ensaios de flexo e impacto, Izod e Charpy. 44

3.2.2.1- Prensagem dos corpos de prova 443.2.3Corpos de prova para ensaios de pullout. 45

3.3 - Caracterizao Dimensional da fibra de PALF. 46

3.4Estimativa da densidade da Fibra de PALF. 47

3.5 - Anlise Estatstica de Weibull. 47

3.6 - Ensaios Mecnicos 48

3.6.1 - Ensaio de Trao 48

3.6.2 - Ensaio de Pullout 493.6.3Ensaio de Flexo esttica 51

3.6.4Ensaio de Impacto Charpy e Izod 52

3.7 - Caracterizao Morfolgica. 53

3.7.1 - Microscopia Eletrnica de Varredura 53

3.8 - Anlise por Espectroscopia de Infravermelho (FTIR) 55

CAPTULO IVRESULTADOS E DISCUSSES 56

4.1 - Fibras de PALF 56

4.1.1 - Anlise de % de frequncia das fibras de PALF, em funo das faixas

de dimetros que encontram-se inseridas.

56


8/158

4.1.2 - Anlise dos valores de densidade, em funo das faixas de dimetros

das fibras de PALF, atravs da estatstica de Weibull.

57

4.2Ensaios Mecnicos 63

4.2.1Ensaio de Pullout 63

4.2.1.1 - Ensaio de pullout em compsitos, epxi reforados com fibras de

PALF.

63

4.2.1.2 - Ensaio de pullout em compsitos, polister reforados com fibras

de PALF.

65

4.2.2Ensaios de trao 68

4.2.2.1Ensaios de trao nas fibras PALF 68

4.2.2.1.1 Anlise dos valores de mdulo de elasticidade, em funo das

faixas de dimetros das fibras de PALF, atravs da estatstica de Weibull.

68

4.2.2.1.2Anlise dos valores de tenso de resistncia trao, em funo

das faixas de dimetros das fibras de PALF, atravs da estatstica de

Weibull.

73

4.2.2.2 Ensaio de trao em compsitos, epxi reforados com fibras de

PALF.

77

4.2.2.3Ensaio de trao em compsitos, polister reforados com fibras

de PALF.

85

4.2.3Ensaios de Impacto 93

4.2.3.1Ensaios de impacto Izod em matriz epoxdica e compsitos, epxi

reforados com fibras de PALF.

93

4.2.3.2Ensaios de impacto Izod em matriz polister e compsitos,

polister reforados com fibras de PALF.

100

4.2.3.3 Ensaios de impacto Charpy em matriz epxi e compsitos, epxi


105

4.2.3.4Ensaios de impacto Charpy em matriz polister e compsitos,

polister reforados com fibras de PALF.

110

4.2.4Ensaios de Flexo 114

4.2.4.1Ensaios de flexo em matriz epxi e compsitos, epxi reforados

com fibras de PALF.

114

III


9/158

IV

4.2.4.2Ensaios de flexo em matriz polister e compsitos, polister


118

4.3Anlise de espectroscopia de infravermelho (FTIR) das fibras de

PALF.

121

CAPTULO VCONCLUSES E SUGESTES 123

5.1Concluses 123

5.2Sugestes para trabalhos futuros 124


10/158

NDICE DE FIGURAS

Figura 2.1Esquema do mecanismo de ruptura em materiais compsitos

(Silva, 2003).

12

Figura 2.2 Esquema de classificao para os vrios tipos de

compsitos, Callister (2000).

17

Figura 2.3 - Classificao das fibras naturais e sintticas (Bismarck e

Thomas, 2005; Lilholt e Lawther, 2002; Rowell, 2008).

18

Figura 2.4Carro conceito da Fiat II. Fonte: DivulgaoFiat. 31

Figura 2.5 - Ilustrao esquemtica de uma fibra-celular (Silva e

colaboradores, 2009).

35

Fig. 2.6Microfibrila constituda de pores cristalinas, micelas, que so

formadas por segmentos de molculas de celulose ordenadas (Raven e

colaboradores, 2001).

36

Figura 2.7 Produo de PALF, sequencialmente (a) plantao de

abacaxizeiro, (b) fruto do abacaxizeiro, (c) extrao das fibras das folhas

do abacaxizeiro, (d) PALF da Indonsia (Bartholomew et al., 2003).

38

Figura 2.8 Aplicaes futuras e atuais das fibras de PALF (Kalia et al.,

2009).

40

Figura 3.1Fibras de PALF 41

Figura 3.2 Moldes metlicos para preparao dos corpos de prova

compsitos, epxi/polister reforados com diferentes fraes

volumtricas de fibras de PALF.

43

Figura 3.3 - Moldes de ao, utilizados para a fabricao de placas,

necessrias para a fabricao dos corpos de prova, para (a) ensaio de

flexo e (b) ensaio de impacto, Izod e Charpy.

45

Figura 3.4Projetor de perfil Nikon, utilizado para medir os dimetros das

fibras de PALF LAMAV/UENF.

46

Figura 3.5Mquina universal de ensaios marca Instron, modelo 5582.

Fonte: Prpria.

49

V


11/158

Figura 3.6 - Esquema do corpo de prova utilizado no ensaio de pullout. 50

Figura 3.7 Corpos de prova de resina epxi reforados com fibras de

PALF, preparados para o ensaio de pullout.

50

Figura 3.8Pndulo de ensaio de impacto marca PANTEC, disponvel no

LAMAV/UENF.

53

Figura 3.9 Microscpio Eletrnico de Varredura marca Shimadzu,

modelo SSX-550, disponvel no LAMAV/UENF.

54

Figura 3.10Microscpio Eletrnico de Varredura da marca Jeol, modelo

JSM-6460 LV, que encontra-se disponvel na COPPE/UFRJ.

54

Figura 3.11 - Equipamentos de Ensaios: (a) termogravimtricos e (b)

calorimtricos.

55

Figura 4.1 Histograma da frequncia das fibras de PALF para cada

intervalo de dimetro.

56

Figura 4.2 Grficos de probabilidade Weibull, densidade mxima e

densidade caracterstica das fibras de PALF em intervalos de dimetros

diferentes.

59

Figura 4.3 - Valores de densidade mdia, das fibras de PALF obtidas para

cada intervalo de dimetro com seus respectivos desvios padro.

61

Figura 4.4Variao da densidade caracterstica das fibras de PALF (),

atravs da anlise de Weibull com o dimetro mdio correspondente.

62

Figura 4.5 - Tenso trativa e comprimento de embutimento para curvas de

pullout em fibras de PALF em matriz epxi.

64

Figura 4.6 - Tenso trativa e comprimento de embutimento para curvas de

pullout em fibras de PALF em matriz polister.

67

Figura 4.7Grficos de probabilidade de Weibull, Mdulo de elasticidadeideal e mdulo de elasticidade caracterstico das fibras de PALF em

diferentes intervalos de dimetros.

69

Figura 4.8 - Variao do Mdulo de Elasticidade Mdio em funo dos

intervalos de dimetros das fibras de PALF.

71

Figura 4.9 - Variao do Mdulo de Elasticidade caracterstico em funo

dos intervalos de dimetros das fibras de PALF.

72

VI


12/158

Figura 4.10Grfico de Probabilidade Weibull, Tenso Mxima, e tenso

caracterstica das fibras de PALF em diferentes intervalos de dimetros.

73

Figura 4.11 Variao da resistncia de tenso de trao mdia em

funo dos intervalos de dimetros das fibras de PALF

75

Figura 4.12 Variao da resistncia trao caracterstica em funo

dos intervalos de dimetros das fibras de PALF.

76

Figura 4.13Curvas tpicas de ensaio de trao, carga vs. alongamento:

(a) matriz epxi, e compsitos epxi reforados com (b) 10%, (c) 20% e

(d) 30% de frao de volume de fibras de PALF.

77

Figura 4.14Corpos de prova, epxi e compsitos, epxi reforados com

10%, 20% e 30% em volume de fibras de PALF.

78

Figura 4.15 Variao da resistncia trao dos corpos de prova, em

funo do percentual de fibras de PALF acrescentados na matriz

epoxdica.

81

Figura 4.16 Variao do mdulo de elasticidade dos corpos de prova,

em funo do percentual de fibras de PALF acrescentados na matriz

epoxdica.

81

Figura 4.17 - Deformao total sofrida pelos corpos de prova, em funoda frao volumtrica de fibras de PALF, acrescentadas na matriz epxi.

82

Figura 4.18 - Micrografias por MEV, da superfcie de fratura da matriz

epxi, aps ensaio de trao.

83

Figura 4.19Micrografia por MEV da superfcie de fratura do compsito,

epxi reforado com 30% em volume de fibras de PALF.

84

Figura 4.20Curvas tpicas de ensaio de trao, carga vs. alongamento:

(a) matriz polister, e compsitos polister reforados com (b) 10%, (c)20% e (d) 30% de frao de volume de fibras de PALF.

85

Figura 4.21 Corpos de prova, polister e compsitos, polister

reforados com 10%, 20% e 30% em volume de fibras de PALF.

86

Figura 4.22 Variao da resistncia trao dos corpos de prova, em

funo do percentual de fibras de PALF acrescentados na matriz

polister.

89

VII


13/158

Figura 4.23 Variao do mdulo de elasticidade dos corpos de prova,

em funo do percentual de fibras de PALF acrescentados na matriz

polister.

89

Figura 4.24 - Deformao total sofrida pelos corpos de prova em ensaio

de trao, em funo da frao volumtrica de fibras de PALF,

acrescentadas na matriz polister.

90


polister, aps ensaio de trao.

91

Figura 4.26Micrografia por MEV da superfcie de fratura do compsito,

polister reforado com 30% em volume de fibras de PALF.

92

Figura 4.27 - Corpos de prova, constitudos de resina epxi e compsitosepxi reforados com 10, 20 e 30 % de fibras de PALF, aps ensaio de

impacto Izod.

93

Figura 4.28 - Variao da energia absorvida pelos corpos de prova:

resina epxi e compsitos, epxi reforados com diferentes fraes

volumtricas de fibras de PALF, aps ensaio de impacto Izod.

96


epxi, aps ensaio de impacto Izod.

97

Figura 4.30 Micrografias por MEV, com diferentes aumentos, da

superfcie de fratura do compsito epxi reforado com 30% em volume

de fibras de PALF, aps ensaio de impacto Izod.

98

Figura 4.31 - Micrografia por MEV, do compsito epxi reforado com

20% em volume de fibras de PALF, aps ensaio de impacto Izod.

99

Figura 4.32 - Corpos de prova, constitudos de resina polister e

compsitos polister reforados com 10, 20 e 30 % de fibras de PALF,aps ensaio de impacto Izod.

100


resina polister e compsitos, polister reforados com diferentes fraes

volumtricas de fibras de PALF, aps ensaio de impacto Izod.

103

VIII


14/158

Figura 4.34 - Micrografia por MEV, da superfcie de fratura do compsito

polister reforado com 30% em volume de fibras de PALF, aps ensaio

de impacto Izod.

104

Figura 4.35 - Corpos de prova, constitudos de resina epxi e compsitos

epxi reforados com, 10, 20 e 30% de fibras de PALF, aps ensaio de

impacto Charpy.

105


resina epxi e compsitos, epxi reforados com diferentes fraes

volumtricas de fibras de PALF, aps ensaio de impacto Charpy.

108

Figura 4.37 - Micrografia por MEV, da superfcie de fratura do compsito

epxi reforado com 30% em volume de fibras de PALF, aps ensaio deimpacto Charpy.

109

Figura 4.38 - Corpos de prova, constitudos de resina polister e

compsitos polister reforados com 10, 20 e 30% de fibras de PALF,

aps ensaio de impacto Charpy.

110


resina polister e compsitos, polister reforados com diferentes fraes

volumtricas de fibras de PALF, aps ensaio de impacto Charpy.

112

Figura 4.40- Micrografia por MEV, da superfcie de fratura do compsito

polister reforado com 30% em volume de fibras de PALF, aps ensaio

de impacto Charpy.

113

Figura 4.41- Curvas de carga vs. deslocamento dos ensaios de flexo (a)

da matriz epxi e dos compsitos, epxi reforados com (b) 10, (c) 20 e

(d) 30% em frao volumtrica de fibras de PALF.

115

Figura 4.42 - Valores de resistncia mxima flexo, para matriz epxi ecompsitos, epxi reforados com diferentes fraes volumtricas de

fibras de PALF.

117

Figura 4.43 - Valores de mdulo de elasticidade em flexo (E) para matriz

epxi e compsitos, epxi reforados com diferentes fraes volumtricas

de fibras de PALF.

117

IX


15/158

Figura 4.44 - Curvas de carga vs. deslocamento dos ensaios de flexo da

matriz polister e dos compsitos, matriz polister com diferentes fraes

de fibra de PALF.

118

Figura 4.45 Valores de resistncia mxima flexo, para matriz

polister e compsitos, polister reforados com diferentes fraes


120

Figura 4.46- Valores de mdulo de elasticidade em flexo (E) para matriz

polister e compsitos, polister reforados com diferentes fraes


120

Figura 4.47 - Espectro de infravermelho das fibras de PALF. 121

X


16/158

NDICE DE TABELAS

Tabela 2.1 Principais caractersticas de polmeros termoplsticos e

termorrgidos (dos Santos, 2006).

15

Tabela 2.2rea de plantao no Brasil (IBGE, 2007). 23

Tabela 2.3Dados estatsticos para a produo agrcola (IBGE, 2007). 24

Tabela 2.4 Nome botnico das diversas fibras de plantas cultivadas no

Brasil.

25

TABELA 2.5 Composio qumica de algumas fibras naturais (apud

FARUK et. al., 2012).

26

TABELA 2.6 Propriedades mecnicas de importantes fibras

lignocelulsicas e de vidro (Abdul Khalil et al., 2010; Bhagawan, et al.,

1987; Franck 2005; Idicula et al., 2010; Khalil, et al., 2008; Mariatti, et al.,

2008; Rowell 2008; Saechtling 1987; Satyanarayana e Wypych 2007).

28

Tabela 2.7 Vantagens e desvantagens das fibras naturais (Sreekumar,

2008).

30

Tabela 2.8Porcentagem de umidade de fibras naturais a uma condio

de umidade relativa do ar a 65% e temperatura de 21C (apud FARUK et.

al., 2012).

32

Tabela 4.1 Intervalo de dimetros e nmero de fibras obtidas para

medida de densidade.

57

Tabela 4.2Parmetros de Weibull para a Densidade das fibras de PALF

associadas com os diferentes intervalos de dimetros.

60

Tabela 4.3 - Tenso mdia e desvio padro para fibras de PALF em

matriz epxi.

63

Tabela 4.4 - Tenso mdia e desvio padro para fibras de PALF emmatriz polister.

66

Tabela 4.5Valores de mdulo de elasticidade em funo dos intervalos

de dimetros das fibras de PALF.

70

XI


17/158

Tabela 4.6 Resultados probabilsticos de Weibull para valores de

tenso de resistncia trao das fibras de PALF em funo de seus

respectivos intervalos de dimetros

74

Tabela 4.7Propriedades do ensaio de trao para a matriz epoxdica e

os compsitos epxi reforados com fibras de PALF.

80

Tabela 4.8 Propriedades do ensaio de trao para a matriz polister e

os compsitos, polister reforados com fibras de PALF.

88

Tabela 4.9 Energia absorvida pela resina epxi e pelos compsitos,

epxi reforados com fibra de PALF, para diferentes fraes volumtricas

de fibras de PALF, em ensaio de impacto Izod.

94

Tabela 4.10Energia absorvida pela resina polister e pelos compsitos,

polister reforados com fibra de PALF, para diferentes fraes

volumtricas de fibras de PALF, em ensaio de impacto Izod.

102

Tabela 4.11 Energia absorvida pela resina epxi e pelos compsitos,

epxi reforados com fibra de PALF, para diferentes fraes volumtricas

de fibras de PALF, em ensaio de impacto Charpy.

107

Tabela 4.12Energia absorvida pela resina polister e pelos compsitos,

polister reforados com fibra de PALF, para diferentes fraes

volumtricas de fibras de PALF, em ensaio de impacto Charpy.

111

Tabela 4.13Valores de Resistncia flexo e mdulo de elasticidade

em flexo para a matriz epxi e compsitos, epxi reforados com

diferentes fraes volumtricas de fibras de PALF.

116

Tabela 4.14Valores de Resistncia flexo e mdulo de elasticidade

em flexo para a matriz polister e compsitos, polister reforados com

diferentes fraes volumtricas de fibras de PALF.

119

XII


18/158

Resumo da Tese apresentada ao CCT-UENF como parte dos requisitos para

obteno do grau de Doutor em Engenharia e Cincia dos Materiais



(PALF).

Maycon de Almeida Gomes

Agosto de 2015

Orientador: Prof. Carlos Maurcio Fontes Vieira

Neste trabalho foram estudadas as caractersticas e propriedades das

fibras extradas das folhas de abacaxizeiros (PALF) no Brasil, assim como das

matrizes polimricas epxi/polister e dos compsitos polimricos,

epxi/polister reforados por estas. Quanto s fibras de palf, foram realizadas

anlises estatsticas de densidade em funo das faixas de dimetros dasmesmas, alm de ensaios mecnicos de trao. Ensaio pullout, foi realizado

somente nos compsitos polimricos. A porcentagem de fibras nos compsitos

variou entre 10 e 30%. Os valores mximos encontrados, de resistncia

trao, flexo, e impacto Izod e Charpy, para os compsitos epxi reforados

com 30 % de fibras de PALF, foram 119,84 MPa, 117,03 MPa, 483,82 J/m e

903,75 J/m, respectivamente. Os valores mximos encontrados, de resistncia

trao, flexo, e impacto Izod e Charpy, para os compsitos polisterreforados com 30 % de fibras de PALF, foram 103,25 MPa, 113,16 MPa,

861,07 J/m e 1213,33 J/m, respectivamente. O programa Weibull Analysis, foi

utilizado para as anlises estatsticas dos resultados encontrados. Anlises

morfolgicas foram feitas atravs de Microscopia Eletrnica de Varredura

(MEV). Anlise de espectroscopia de infravermelho (FTIR) nas fibras de PALF

identificou grupos funcionais moleculares, caractersticos das mesmas.

XIII


19/158

Abstract of the Thesis presented to CCT-UENF as part of the requirements for

obtaining of Doctor Degree in Engineering and Materials Science

MECHANICAL PROPERTIES OF POLYMERIC COMPOSITES

REINFORCED WITH PINEAPPLE LEAVES FIBERS (PALF).

Maycon de Almeida Gomes

August, 2015

Advisor: DSc. Carlos Maurcio Fontes Vieira

In this Thesis were studied the pineapple leaf fibers (PALF)

characteristics and properties, extracted from pineapple leaves in Brazil, as well

as the characteristics and properties of polymer matrix epoxy/polyester and

polymer composites, epoxy/polyester reinforced by them. Regarding PALF

fibers, were made densitys statistical analysis against palf diameter ranges,

besides tensile tests. Pullout test was performed only in polymer composites.

The volumetric fraction of fiber in the composites ranged from 10 to 30%.

Strength maximum values found in tensile, flexural and Izod and Charpy impact,

for epoxy composites reinforced with 30% of PALF fibers were 119.84 MPa,

117.03 MPa, 483.82 J/m 903, 75 J/m, respectively. Strength maximum values

found in tensile, flexural and Izod and Charpy impact, for polyester composite

reinforced with 30% of PALF fibers were 103.25 MPa, 113.16 MPa, 861.07 J/m1213, 33 J/m, respectively. The Weibull Analysis program was used for results

statistical analysis. Morphological analyzes were performed by Scanning

Electron Microscopy (SEM). Infrared spectroscopy Analysis (FTIR) in PALF

fibers identified molecular functional groups characteristic thereof.

XIV


20/158

Introduo 01----------------------------------------------------------------------------------------------------------

CAPTULO 1INTRODUO

1.1Introduo

Os recursos naturais desempenham um papel importante nas atividades

econmicas de qualquer pas e, consequentemente, contribui substancialmente

para o Produto Interno Bruto (PIB) da nao. No caso de pases desenvolvidos

e subdesenvolvidos, a utilizao de tais recursos, tem uma importncia no

aspecto social juntamente com o desenvolvimento econmico. Desta forma,

no surpresa observar que, existe uma tendncia mundial crescente, para omximo de utilizao destes recursos naturais, por meio de novos processos e

produtos. Estes, por sua vez, no s ajudam na preveno da poluio

ambiental, que seria causada pela utilizao inadequada destes materiais no

ambiente, como tambm ajudam na gerao de emprego, particularmente no

campo, e contribuindo para a melhoria dos padres de vida da populao

(Satyanarayana et. al., 2007(a)).

Devido s preocupaes sobre meio ambiente e questes relacionadas sustentabilidade, tem sido observado melhorias notveis, no que se refere

materiais verdes, no campo da cincia dos polmeros, atravs do

desenvolvimento de biocompsitos (La Mantia e Morreale 2011;

Satyanarayana, 2009). Estes biocompsitos podem ser facilmente eliminados

ou compostados, no fim de suas vidas teis, sem prejudicar o meio ambiente, o

que no possvel com compsitos polimricos a base de fibras sintticas

(Gurunathan et. al., 2015).

Uma das mais importantes propriedades das fibras naturais est

relacionada com a biodegradabilidade e com sua natureza no cancergena. A

natureza verstil das fibras naturais permite que as mesmas sejam adequadas

para utilizao em automveis, na construo civil, e em mobilirios e

embalagens. A grande e ampla disponibilidade das fibras naturais, pode reduzir

a presso sobre a floresta e a agricultura. O uso de diversas matrias-primas,


21/158

Introduo 02----------------------------------------------------------------------------------------------------------

vai ajudar a manter um equilbrio ecolgico na natureza. Geralmente materiais

agrcolas e produtos provenientes da floresta, produzem 30 a 40% de resduos,

que tambm podem ser utilizados em outros processos industriais.

Engenheiros esto tendo grande interesse em encontrar novas fontes de

matrias-primas que possuam propriedades mecnicas e fsicas comparveis

com as propriedades das fibras sintticas (Asim et.al., 2015).

O abacaxi uma das frutas tropicais mais cultivadas em todo o mundo

devido ao consumo de seus frutos. Folhas de abacaxizeiro, que representa a

maior parte da planta, so atualmente inutilizadas e precisam de uma ateno

global para a sua explorao comercial. Geralmente, depois da colheita das

frutas, as folhas do abacaxizeiro so eliminadas por incinerao ou ento so

decompostas. Isso sempre aconteceu, devido tecnologia ultrapassada

envolvida para a colheita, e tambm por parte do no conhecimento dos

agricultores e comunidades locais sobre a existncia e usos comerciais das

folhas de abacaxizeiro (Yusof et.al., 2015).

A fim de contribuir para a soluo do problema, da inutilizao das folhasde abacaxizeiro, como citado no pargrafo anterior, a presente Tese se prope

a desenvolver o estudo detalhado das caractersticas estruturais e

propriedades das fibras de PALF in natura, assim como das caractersticas e

propriedades dos compsitos polimricos epxi e polister reforados pelas

mesmas.

Na presente Tese, ser utilizado o mtodo estatstico de Weibull, para os

clculos de densidade em funo das faixas de dimetros das fibras de PALF,e para os clculos de mdulo de elasticidade e resistncia trao, tambm

em funo das faixas de dimetros das fibras de PALF. Ainda em relao s

fibras de PALF, ser realizada a anlise de espectroscopia de infravermelho

(FTIR), a fim de se identificar os grupos funcionais moleculares das fibras de

PALF e suas vibraes caractersticas.


22/158

Introduo 03----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Em relao aos compsitos epxi/polister reforados com diferentes

fraes volumtricas de fibras de PALF, na presente Tese, sero realizadosensaios mecnicos de trao, flexo, impacto (Charpy e Izod), onde sero

estimados os valores de resistncia aos referidos ensaios mecnicos.

1.2 Objetivo Geral

Esta Tese de Doutoramento tem como objetivo geral, analisar as

caractersticas estruturais, e as propriedades das fibras de PALF e dos

compsitos polimricos epxi e polister, reforados com fibras, contnuas e

alinhadas de PALF.

1.3 Objetivos especficos

Os objetivos especficos da presente Tese so:

- Validar a utilizao do mtodo estatstico de Weibull para anlise dos valores

de densidade, em funo das faixas de dimetros das fibras de PALF;

- Validar a utilizao do mtodo estatstico de Weibull para anlise das

propriedades mecnicas das fibras de PALF, em funo das faixas de

dimetros das mesmas;

- Testar a resistncia mecnica ao tracionamento das fibras de PALF;

- Determinar os valores dos comprimentos crticos, das fibras de PALF, em

relao s matrizes epxi e polister nos ensaios de pullout;

- Determinar a importncia mecnica do reforo das fibras de PALF, nas

matrizes polimricas epxi e polister;

- Analisar macroestruturalmente o mecanismo de fratura dos compsitos

epxi/polister reforados com fibras de PALF;

- Analisar microestruturalmente as interaes entre as fibras de PALF e as

matrizes epxi e polister, atravs da anlise de Microscopia Eletrnica de

Varredura (MEV);


23/158

Introduo 04----------------------------------------------------------------------------------------------------------

- Analisar a resistncia mecnica ao tracionamento e o mdulo de rigidez das

fibras de PALF e dos compsitos, epxi e polister, reforados com fibras de

PALF;

- Analisar a resistncia mecnica flexo e o mdulo de elasticidade flexo

das fibras de PALF e dos compsitos, epxi e polister, reforados com fibras

de PALF;

- Analisar a energia absorvida aos ensaios de impacto, Izod e Charpy, pelas

fibras de PALF e pelos compsitos, epxi e polister, reforados com fibras de

PALF;- Realizar a anlise de espectroscopia de infravermelho (FTIR) nas fibras de

PALF, a fim de identificar os grupos funcionais moleculares das mesmas e

suas vibraes caractersticas;

1.4 - Justificativas

Cientificamente, necessita-se de conhecimento mais detalhado a

respeito das propriedades mecnicas, estruturais e morfolgicas das fibras dePALF e dos compsitos polimricos, epxi e polister, reforados com fibras de

PALF.

Do ponto de vista ambiental, desenvolver materiais compsitos com

fibras vegetais, que so renovveis, reciclveis e biodegradveis, desta forma,

contribuindo com a preservao do meio ambiente.

No mbito tecnolgico, desenvolver o estudo detalhado das

propriedades dos compsitos polimricos reforados com fibras, contnuas ealinhadas de PALF.

Do ponto de vista econmico, a presente Tese busca desenvolver

compsitos reforados com fibras, vegetal de PALF, que tem um preo muito

menor, se comparado com fibras sintticas como as fibras de vidro e de

carbono.


24/158

Introduo 05----------------------------------------------------------------------------------------------------------

J no aspecto social, a utilizao de fibras vegetais de PALF, incentiva o

desenvolvimento regional e agropecuria familiar do Brasil, haja vista que, as

fibras utilizadas neste trabalho, so provenientes de regies do interior do

Brasil, que necessitam da venda de tais fibras, para os sustentos familiares.

1.5 - Ineditismo

O ineditismo deste trabalho consiste no estudo detalhado das propriedades

mecnicas dos compsitos, epxi, reforados com 10, 20 e 30% de fibras

contnuas e alinhadas de PALF e tambm na anlise dos valores de densidade,

mdulo de elasticidade e resistncia trao, em funo das faixas de

dimetros das fibras de PALF, para os compsitos, epxi e polister reforados

com 10, 20 e 30% de fibras de PALF, atravs da anlise estatstica de Weibull.


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Reviso Bibliogrfica 06----------------------------------------------------------------------------------------------------------

CAPTULO IIREVISO BIBLIOGRFICA

2.1 Compsitos

O mercado dos materiais compsitos tem crescido de forma constante

nas ltimas dcadas e, hoje, inclui diversas aplicaes aeroespaciais,

biomdicas, na indstria automobilstica, bem como na infraestrutura civil.

Nestes e em vrios outros setores, muitos profissionais tm sentido a

necessidade de conceber produtos com estes novos materiais (compsitos)

(Levy Neto e Pardini, 2006).

Embora a associao do termo compsito esteja ligada s chamadas

tecnologias de ponta, nas quais peas e dispositivos oriundos desse material

so empregados em componentes utilizados em satlites, aeronaves,

helicpteros, implantes ortopdicos, odontolgicos biocompatveis, veculos de

Frmula1, plataformas martimas, plataformas de petrleo, pontes, telescpios,

instrumentos musicais e estruturas inteligentes em geral, a origem desta

importante classe de materiais remonta a incontveis milhares de anos, uma

vez que madeiras, ossos e tecidos musculares, so exemplos notveis, em

termos de eficincia estrutural, dos chamados compsitos naturais (Hull et.al.,

1996). Nestes materiais tambm pode-se distinguir uma fase de reforo,

normalmente na forma filamentar, e outra aglutinante (a matriz), a qual permite

que os esforos transfiram ao longo de todo compsito trabalhando de forma

integrada.

A necessidade de se conseguir materiais que, atendessem a uma

quantidade maior de caractersticas em termos de estrutura e propriedades,

gerou a ideia de se unir um ou mais materiais, visando obter novos materiais,

com propriedades ainda no exibidas por materiais convencionais (Neto e

Pardini, 2006; Hull & Clyne, 1996). Surgiram, assim, os materiais compsitos.


26/158


Pode-se dizer que os materiais compsitos constituem uma classe de

materiais heterogneos, multifsicos, podendo ser ou no polimricos, em queas propriedades do conjunto so superiores s de cada componente individual,

sendo que um dos componentes, descontnuo, d a principal resistncia ao

esforo, e o outro, contnuo, o meio de transferncia desse esforo. A

interface entre eles tem influncia dominante sobre as suas caractersticas.

So em geral empregados como materiais de engenharia, formados por

elementos de reforo em grau varivel de ordenao, que se distribuem em

uma matriz flexvel (Plasmet, 2011).As fraes volumtricas e mssicas das fibras devem ser devidamente

estudadas, visto que h uma faixa mnima e mxima que ir influenciar no

reforo. Geralmente, o aumento do reforo promove as propriedades

mecnicas, embora um alto carregamento de reforo possa favorecer a

aglomerao de fibras e a baixa disperso da matriz (Murkherjee e

Satyanarayana, 1984). A orientao das fibras tambm outro fator

significante nas propriedades mecnicas dos compsitos. Sabe-se que fibras

orientadas tm uma resistncia trao ao longo do seu eixo e a transferncia

de tenso no compsito fabricado favorecida (Folkes, 1985).

Um compsito exibe alm das propriedades inerentes de cada

constituinte, propriedades intermedirias decorrentes da formao de uma

regio interfacial (Chawla, 1987). As fases dos compsitos so chamadas de

matriz (que pode ser de trs tipos, cermica, polimrica e metlica) e a fase

dispersa (geralmente fibras ou partculas que servem como carga). A matriz

geralmente um material contnuo que envolve a fase dispersa. As

propriedades do compsito uma juno de fatores como a geometria da fase

dispersa, distribuio, orientao e tambm da compatibilidade interfacial entre

os constituintes da mistura (Neto, 2009).


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Os compsitos apresentam excepcional inrcia qumica, o que permite

sua utilizao em uma ampla gama de ambientes agressivos quimicamente.

Alm disso, aditivos especiais e resinas especficas esto disposio dos

tcnicos para solucionar aplicaes que requeiram propriedades alm das

usuais (Chawla, 1987).

Umidade, vento, sol, oscilaes trmicas tem baixa ao prejudicial

sobre os compsitos. E quando caractersticas no usuais so requeridas,

aditivos como protetores de UV, agentes contra sujeira, resinas especiais so

amplamente utilizveis (Monteiro et. al., 2006).

2.1.1 Classificao de compsitos

Levy Neto e Pardini (2006) fazem a seguinte definio: Um material

compsito um conjunto de dois ou mais materiais diferentes, combinados em

escala macroscpica, para funcionarem como uma unidade, visando obter um

conjunto de propriedades que nenhum dos componentes individualmente

apresenta.Segundo Chawla (1993), Callister (2000) e Morozov e Vaziliev (1989) os

materiais compsitos tambm podem ser denominados de materiais

compostos, conjugados ou reforados. Um grande progresso tem sido feito no

entendimento e desenvolvimento de materiais avanados, porm persistem

desafios tecnolgicos que requerem materiais cada vez mais sofisticados e

especializados ao mesmo tempo em que surgem desafios econmicos e

ambientais.Os compsitos so materiais que apresentam excelentes propriedades

mecnicas, qumicas e fsicas, quando comparadas com os seus componentes

isolados. Estes aspectos despertaram a ateno do meio cientifico, tcnico e

produtivo. Os principais aspectos norteadores so o alto custo dos materiais

chamados convencionais e, no mbito ambiental, a responsabilidade de

aproveitamento de resduos rurais e industriais (Broutman e Krock 1967;

Kristina et.al., 2009).


28/158


2.1.2 Processos de fabricao de compsitos

Na fabricao de compsitos, diversos processos so utilizadosindustrialmente para a obteno de peas ou estruturas de excelentes

propriedades mecnicas e qumicas, termicamente estveis, leves e com

formas arrojadas (Cavalcanti, 2006).

Devido a muitos problemas causados pelas fibras quando da utilizao

do mtodo de fabricao por injeo, isto , formao de buchas dificultando o

movimento da rosca, entupimento do bico de injeo e outros, tem-se

observado uma tendncia da mecanizao da fabricao de polmerosreforados em ritmo crescente. So vrios os processos de fabricao de

compsitos, possibilitando a obteno de produtos com propriedades

mecnicas distintas que podem ser utilizados em diferentes campos de

aplicaes (Cavalcanti, 2006).

Dentre os processos de manufatura dos compsitos base de resina

termofixa, destacam-se: Processo Manual (Hand Lay-up), Moldagem por Spray

(Spray-up), Enrolamento de Filamentos (Filament Winding), Moldagem Vcuo, Moldagem sob Presso (Pressure-bag), Pultruso e Moldagem por

Compresso (Blass, 1988).

Ainda de acordo com Blass (1988), na Moldagem por Compresso,

utiliza-se molde de duas partes tipo macho-fmea na fabricao de compsitos.

O reforo pode ser utilizado na forma de fibras, mantas ou tecidos, que so

alternados com a resina. A impregnao fibra-matriz feita com ajuda de uma

esptula, que tambm serve para retirar bolhas. O molde fechado e a cura

ocorre enquanto o material est restrito s superfcies das duas partes (macho-

fmea) do molde.

2.1.3 Adeso mecnica na interface fibra/matriz dos compsitos

A fora de ligao entre a matriz e a fibra reforadora um fator

determinante no desempenho de muitos compsitos polimricos. Compsitos

com baixa fora de ligao matriz/fibra, falharo s tenses, relativamente


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baixas, quando ensaiados transversalmente s fibras. Existe uma srie de

tratamentos feitos na superfcie das fibras com a finalidade de se aumentar afora de ligao entre matriz/fibra. O nvel de tratamento aplicado na superfcie

das fibras em um material compsito pode ter um grande efeito sobre sua

resistncia mecnica (Cantwell e Morton 1991; Gatenholm, 1997). Estes

aspectos relacionados com o desenvolvimento de compsitos com matriz

polimrica so de grande relevncia para aplicaes nos mais diversos setores

da engenharia.

A adeso de um material a outro est associada ao estabelecimento deinteraes que podem ser dos tipos: eletrostticas, ligaes de hidrognio,

ligaes covalentes ou foras de Van der Walls. A natureza destas interaes

est associada afinidade qumica entre a matriz e a fase dispersa.

Geralmente as fibras naturais (fase dispersa) apresentam natureza hidroflica

enquanto que o polmero (matriz) tem natureza hidrofbica (Neto, 2009).

A adeso pode ser atribuda a cinco mecanismos principais que podem

ocorrer na interface isoladamente ou em combinao para produzir a ligao

fibra/matriz. Dentre os mecanismos que tratam do contato molecular Hull

(1981) e Chung (1991), incluem-se:

- Adsoro e molhamento - Quando duas superfcies eletricamente neutras so

colocadas em contato, existe uma atrao fsica que pode ser compreendida

considerando o molhamento de superfcies slidas por lquidos. Para um

efetivo molhamento da superfcie da fibra, o lquido deve cobrir todas as

irregularidades da fibra para deslocar todo o ar contido nas reentrncias da

superfcie.

- Interdifuso - a ligao entre duas superfcies polimricas pela difuso das

molculas de uma superfcie sobre a outra. A resistncia depender da

quantidade de entrelaamento molecular e do nmero de molculas

envolvidas. A interdifuso ocorre em presena de solventes e agentes

plastificantes, e a quantidade de difuso depende da conformao molecular e

dos constituintes envolvidos.


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- Atrao eletrosttica - Foras de atrao ocorrem entre duas superfcies

quando uma delas est carregada positivamente e a outra negativamente, taiscomo nas interaes cido-base e de ligao inica. A resistncia da ligao

depender da intensidade das cargas.

- Ligao qumica - O estudo das ligaes qumicas est relacionado com o

uso de agentes de acoplamento, empregado nas fibras para produzir a ligao

entre a fibra e a matriz. A ligao qumica formada entre um grupo qumico

da superfcie da fibra e um grupo qumico compatvel na matriz.

- Adeso mecnica - A ligao pode ocorrer pelo entrelaamento das duassuperfcies. A resistncia dessa interface, tensionada, ser elevada se existir

um grande nmero de reentrncias na superfcie da fibra, que possam ser

preenchidas pela resina, propiciando a adeso. A resistncia sofrida por

cisalhamento muito significante, e depende do grau de rugosidade da

superfcie da fibra. Os aspectos geomtricos no so os nicos fatores que

causam adeso mecnica, j que contrao da resina durante o processo de

cura, e a expanso trmica da fibra e da matriz, produz tenso de compresso

e cisalhamento na superfcie.

2.1.4 Fratura em compsitos reforados com fibras

A ruptura em materiais compsitos pode ser dividida em ruptura

intralaminar e ruptura interlaminar. No caso da ruptura intralaminar, pode ser

em funo do desprendimento da fibra (pullout) (1), ponte de fibras (2),

descolamento interfacial fibra/matriz (3), ruptura das fibras (4) e ruptura da

matriz (5), ver Figura 2.1 (a). A fratura interlaminar, ou delaminao, consiste

em um descolamento entre duas camadas contnuas, normalmente ocorre

entre camadas com diferentes orientaes, este tipo de fratura muito comum

nos materiais de fibras contnuas, ver Figura 2.1 (b), Silva (2003), (Moura et.

al., 2011).


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Figura 2.1Esquema do mecanismo de ruptura em materiais compsitos

(Silva, 2003).

2.1.4.1 Desprendimento da fibra (pul lout)

Ocorre quando fibras frgeis ou fibras descontnuas so embebidas

numa matriz de elevada resistncia. A fratura das fibras origina uma

concentrao de tenses local onde a fibra foi quebrada. Esta concentrao de

tenses pode ser aliviada, uma vez que ocorre a liberao da fibra em relao

matriz, evitando que esta se quebre, ver Figura 2.1 (a). Nesta situao, as

fibras so arrancadas do interior da matriz (Agarwal e Broutman, 1990).

2.1.4.2 Separao entre fibra/matriz

A diferena entre desprendimento e separao das fibras/matriz consiste

no seguinte, a separao da fibra/matriz ocorre quando a trinca na matriz incapaz de se propagar atravs da fibra, ver Figura 2.1 (a), enquanto o

desprendimento de fibra deve-se falta de capacidade da fenda, iniciada na

quebra da fibra, se propagar pela matriz. Os desprendimentos de fibras so

geralmente acompanhados pela deformao extensiva da matriz, o que no

acontece na separao fibra/matriz. Apesar destes fenmenos, parecerem

semelhantes, por se darem na regio da interface, estes acontecem mediante

condies distintas. No entanto, ambos so responsveis por um aumento deenergia absorvida durante a fratura (Agarwal e Broutman, 1990).


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2.1.4.3 Ruptura das fibras

De acordo com Agarwal e Broutman (1990), quando a trinca se propagana direo normal da fibra, estas acabam por se separar, o que conduz

separao completa do laminado. Isso ocorre sobre carregamento de trao,

quando a tenso mxima admissvel ou deformao da fibra excedida, ver

Figura 2.1 (a). Apesar das fibras serem responsveis pela resistncia mecnica

do material, a fratura das fibras representa uma percentagem de energia muito

baixa relativamente quantidade de energia absorvida pelo material

compsito. No entanto, a presena das fibras influencia o modo de escoamentodo material e, por conseguinte, a energia total absorvida, aps impacto.

2.1.4.4 Ruptura da matriz

Para ocorrer a fratura total do compsito, o material da matriz, que

envolve as fibras, deve fraturar completamente, ver Figura 2.1 (a). As resinas

termofixas, tal como as resinas de epxi e polister, so materiais frgeis, e a

quantidade de energia absorvida por estas, mediante impacto praticamente

insignificante. Apesar de haver absoro de energia devido deformao da

fratura da matriz, a energia absorvida por deformao plstica

consideravelmente mais elevada (Agarwal e Broutman, 1990).

2.1.4.5 Delaminao

De acordo com Agarwal e Broutman (1990), a propagao de uma trinca

por uma matriz, pode parar quando atinge as fibras de uma camada adjacente.

Por causa das altas tenses de corte adjacentes crista da trinca, a trincapode dividir-se e propagar-se paralelamente ao plano das camadas, ver Figura

2.1 (b). Estas trincas so chamadas de trincas de delaminao. A delaminao

ocorre frequentemente quando os laminados so testados flexo.

2.2 Matrizes utilizadas em compsitos

As matrizes utilizadas em compsitos podem ser metlicas, cermicas

ou polimricas.


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Reviso Bibliogrfica 14--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2.2.1 Matriz metlica

Compsitos de matriz metlica tm sido desenvolvidos para uso emcondies de temperatura, condutividade e esforo, alm de capacidade dos

sistemas com matriz de polmero. Por exemplo, o alumnio reforado com boro

usado no nibus Espacial, e o alumnio reforado com carbono usado no

telescpio Hubble. O alumnio reforado com alumina usado em

componentes de motor de automvel (Callister, 2000).

2.2.2

Matriz cermicaMatrizes cermicas tm maior resistncia a temperaturas elevadas.

Esses compsitos, ao contrrio de cermicas tradicionais, representam a maior

promessa na obteno de dureza para aplicaes estruturais, como projetos de

motor a jato de alta eficincia (Callister, 2000).

2.2.3 Matriz polimrica

A palavra polmero origina-se do grego poli (muitos) e mero (unidade de

repetio). Assim, um polmero uma macromolcula composta por muitas

(dezenas de milhares) de unidades de repetio denominadas meros, ligados

por ligao covalente. A matria-prima para a produo de um polmero o

monmero, isto , uma molcula com uma (mono) unidade de repetio

(Canevarolo, 2002).

O sculo XX representa um marco no processo de polimerizao, pois

permitiu que polmeros pudessem passar pelo processo de sntese a partir de

seus meros. Os polmeros destacam-se pela sua facilidade de conformao,

baixa massa especifica e, na maioria dos casos, alta resistividade eltrica (Neto

e Pardini, 2006).

Polmeros Termoplsticos, sob o efeito de temperatura e presso,

amolecem assumindo a forma do molde. Nova alterao de temperatura e

presso reinicia o processo, sendo, portanto, reciclveis. Em nvel molecular,

medida que a temperatura elevada, as foras de ligao secundrias so

diminudas (devido ao aumento do movimento molecular), de modo tal que o


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movimento relativo de cadeias adjacentes facilitado quando uma tenso

aplicada. Os termoplsticos so relativamente moles e dcteis e compem-seda maioria dos polmeros lineares e aqueles que possuem algumas estruturas

ramificadas com cadeias flexveis, ex: PE, PP, PVC, etc, (Mano, 2000).

Polmeros Termofixos ou termorrgidos misturados com catalisadores,

antes da cura, assumem a forma do molde. Aps a cura, uma alterao de

temperatura e presso no faz efeito algum, tornando-os materiais insolveis,

infusveis e no reciclveis. Durante o tratamento trmico inicial, ligaes

cruzadas covalentes so formadas entre cadeias moleculares adjacentes;essas ligaes prendem as cadeias entre si para resistir aos movimentos

vibracionais e rotacionais da cadeia a temperaturas elevadas, sendo que, o

rompimento destas ligaes, s ocorrer em temperaturas muito elevadas. Os

polmeros termofixos so geralmente, mais duros, mais fortes e mais frgeis do

que os termoplsticos, e possuem melhor estabilidade dimensional. Ex:

Baquelite (resina de fenol-formaldedo), epxi (araldite), algumas resinas de

polister, etc, (Mano, 2000).

A Tabela 2.1 apresenta as principais caractersticas de polmeros

termoplsticos e termorrgidos (dos Santos, 2006).

Tabela 2.1 Principais caractersticas dos polmeros termoplsticos e

termorrgidos (dos Santos, 2006).

Termoplsticos Termorrgidos

Reciclvel mecanicamente No reciclvel mecanicamente

Tempo ilimitado de

armazenamentoTempo limitado de armazenamento

Alta viscosidade quando fundidoBaixa viscosidade durante o

processamento

Baixa resistncia fluncia Alta resistncia fluncia

Temperatura de uso limitada,

baixa estabilidade trmica e

dimensional.

Alta resistncia trmica e

dimensional


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Os polmeros termorrgidos so mais utilizados para uso estrutural em

materiais compsitos por apresentarem algumas vantagens em relao aostermoplsticos, tais como alta estabilidade trmica, elevada rigidez, alta

estabilidade dimensional, boas propriedades de isolamento trmico e eltrico,

resistncia fluncia e deformao sobre carregamento. Esses materiais

podem tambm ser misturados fisicamente com fibras em mtodos de

processamento bastante simples (dos Santos, 2006).

As resinas termorrgidas mais usadas e mais baratas so os polisteres,

poliuretanos, vinil-ster e resinas fenlicas; as quais so usadas principalmentepara compor compsitos reforados com fibras de vidro. As resinas epxi so

mais caras e alm das aplicaes estruturais, tambm so muito utilizadas em

aplicaes aeroespaciais por possurem melhores propriedades mecnicas e

melhores resistncias umidade do que os polisteres, poliuretanos e as

resinas vinlicas. Em aplicaes de altas temperaturas, so empregadas as

resinas poli-imidas, seu limite superior de temperatura para utilizao em

regime contnuo de aproximadamente 230C (dos Santos, 2006).

A combinao de baixa densidade, resistncia qumica, custo baixo e

um balano entre rigidez e tenacidade permite que termoplsticos ocupem

espao de outros materiais em muitas aplicaes importantes (Elmajdoubi e

Vu-Khanh, 2003).

A utilizao das resinas termoplsticas tem crescido desde o criao dos

novos termoplsticos resistentes altas temperaturas tais como as poliamidas,

polisulfonas, politer sulfona, politer ter sulfona, dentre outros materiais

(Collyer e Clegg, 1995).

As resinas termoplsticas so longas molculas com comprimento da

ordem de 20 a 30 nm (Davis et.al., 1982) e fluem facilmente sob tenso sem

elevadas temperaturas, permitindo assim que sejam fabricadas na forma

solicitada e mantendo a forma quando resfriada temperatura ambiente. Esses

polmeros podem ser repetidamente aquecidos, fabricados e resfriados e,

consequentemente, serem reciclados.


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Reviso Bibliogrfica 17---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Shackelford (1996) indicou que, a diferena principal entre os polmeros

est no comportamento caracterstico quando aquecidos. Ou seja, ospolmeros termoplsticos se fundem em um lquido viscoso capaz de sofrer

processos de extruso, e os termofixos se decompem termicamente. As

resinas termoplsticas constituem-se de cadeias moleculares lineares ou

ramificadas que, ao serem aquecidas sob presso, a sua consistncia altera-se

de slida rgida para lquida viscosa (Shackelford, 1996). Nesse processo no

ocorrem reaes qumicas ou decomposio e os produtos obtidos podem ser

aquecidos repetidamente. Em outras palavras, as resinas termoplsticaspodem amolecer seguidamente sobre aplicao de calor e presso e

endurecer novamente quando resfriadas. Estas resinas encontram

atualmente grande aplicao como matriz de compsitos reforados com fibras

(Shackelford, 1996).

2.3 Tipos de reforos utilizados em compsitos

Muitos materiais compsitos so compostos apenas por duas fases, a

matriz e a fase dispersa, sendo que as principais propriedades dos compsitos

variam em funo de sua fase dispersa. Segundo Callister (2000), os materiais

compsitos se classificam em trs divises principais, os compsitos

reforados por fibras; os compsitos reforados por partculas e os compsitos

estruturais, conforme pode ser observado na Figura 2.2.

Figura 2.2Esquema de classificao para os vrios tipos de compsitos,(Callister, 2000).

Compsitos

Reforados

com partculas

Partculas

grandes

Reforo por

disperso

Reforados

com fibras

Contnuo

(alinhado)

Alinhadas Desalinhadas

Dexcontnuo

(curto)

Estrutural

Laminado

Painis em

Sanduche


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Reviso Bibliogrfica 18------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2.3.1 Fibras

Fibras podem ser de origem natural ou sinttica. As fibras naturais

podem ser obtidas a partir de plantas, animais e minerais, j as fibras

sintticas, se dividem em fibras orgnicas e fibras inorgnicas. Um diagrama

com a classificao de vrias fibras est mostrado na Figura 2.3.

Figura 2.3 - Classificao das fibras naturais e sintticas (Bismarck e Thomas,

2005; Lilholt e Lawther, 2002; Rowell, 2008).

Fibra

Natural

Animal

Seda

LCabelo Celulose/Lignocelulose

Entrecasca

Juta

Linho

Hemp

Rami

Kenaf

Roselle

Mesta

Folha

Sisal

Banana

Abac

Abacaxi

Henequm

Agave

Raphia

Semente

Paina

Algodo

Bucha

Ervadaninha

Fruta

Coco

leode

Palma

Madeira

Madeiramacia

Madeiradura

Talo

Arroz

Trigo

Cevada

Amido

Aveia

Centeio

Grama/

juncos

Bambu

Bagao

Milho

Sabai

Rape

Esparto

Canary

Mineral

Amianto

Sinttica

Fibraorgnica

Aramida/

Kevlar

Polietileno

Polisteraromtico

Fibrasinorgnicas

Vidro

Carbono

Boro

Carbonetode silica


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2.3.1.1 Fibras sintticasAs fibras sintticas, so fibras que, geralmente tem valores elevados de

resistncia e mdulo de elasticidade. Alguns exemplos de fibras sintticas so

fibras de carbono, fibras de kevlar, fibras de vidro-A, Vidro-AR, Vidro-C, Vidro-E

e Vidro-S (Callister, 2000).

Geralmente estas fibras so de alto custo e, quando inseridas nas

matrizes polimricas, detm propriedades como resistncia mecnica,

corroso, altas temperaturas, bases alcalinas, entre outros (Callister, 2000).

2.3.1.2 Fibras Naturais Vegetais

Para diminuir o consumo das reservas de petrleo e facilitar a

reciclagem dos carros usados, engenheiros utilizam as fibras naturais como

reforo ou at mesmo na substituio completa de componentes automotivos.

Dentre elas se encontram o rami, o sisal, o linho, a juta, o cnhamo, a

bananeira, o ananazeiro e o coqueiro (Satyanarayana et.al., 2007) .

Fontes naturais desenvolvem um importante papel na atividade

econmica de qualquer pas e ainda contribui substancialmente para o Produto

Interno Bruto do pas.

No caso de pases desenvolvidos e subdesenvolvidos, a utilizao de

fibras naturais ajuda o desenvolvimento no aspecto social da nao. Desta

forma, no surpresa observar uma maior tendncia no mundo para mxima

utilizao destes recursos por meio de novos produtos e processos .Estes, em

geral, no somente ajudam na preveno da poluio ambiental, que seriacausada caso esses materiais fossem descartados na natureza, sem uma

utilizao adequada, mas tambm na gerao de empregos, principalmente no

setor rural, desta forma, contribuindo para melhor qualidade de vida das

pessoas destas regies.


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Dentre os principais objetivos da agricultura, destacam-se, os de

produzir alimentos e fibras. Nesses dois grupos esto includos os artigos de

consumo mais importante da escala das necessidades do homem,

indispensveis, portanto, ao progresso da humanidade. Com exceo da seda,

da l e de outras fibras animais menos importantes, o restante das fibras

naturais utilizadas pelo homem de origem vegetal, ou seja, so fibras

lignocelulsicas (Medina, 1959).

Dentre as muitas fontes naturais, esto as fibras lignocelulsicas, nas

quais aproximadamente 2 bilhes e meio de toneladas esto disponveis parautilizao e que tm sido utilizadas desde de 6000 AC (Kozlowski et. al.,2004).

Fibras esto disponveis de muitas destas fontes naturais, e estas tambm so

chamadas de fibras de plantas, ou fibras naturais ou fibras vegetais.

Existe uma vasta escala de diferentes fibras que podem ser aplicadas

como agente de enchimento ou reforo. As fibras lignocelulsicas tem trs

categorias principais de acordo com a parte da planta a partir da qual elas so

extradas (Jawaid e Abdul Khalil, 2011):- Fibras do caule (juta, linho, cnhamo, rami, kenaf, etc);

- Fibras das folhas das plantas (sisal, banana, anans,etc.);

- Fibras de sementes das plantas (algodo, fibra de coco, leo de palma,

etc.);

A produo de fibras vegetais lignocelulsicas ocupa uma posio de

destaque na estrutura da economia agrcola mundial, ao mesmo tempo em que

sua industrializao constitui um dos principais setores de atividadesindustriais. Pode-se dizer que, provavelmente, no existe nenhum material que

seja mais utilizado na vida e com o qual os indivduos tenham maior contato do

que estas fibras naturais (Medina, 1959).

A utilizao das fibras lignocelulsicas como reforos para materiais

polimricos tem crescido em substituio s fibras sintticas, especialmente as

fibras de vidro em compsitos, para diferentes setores industriais, tais como

embalagens, automveis (Wambua et. al., 2003 e Schuh, 2006), e at mesmo

no setor de construo (Khedari et. al., 2003). Isto ocorre principalmente


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devido s caractersticas nicas, como por exemplo, abundncia

biodegradabilidade, baixa densidade, natureza no-txica, menos abrasividade

para equipamentos na indstria de processamento de polmeros e

propriedades mecnicas atrativas, sem mencionar o baixo custo (17 a 40% do

custo das fibras de vidro) (Bledzki e Gassan,1999).

Fibras lignocelulsicas, tm tornado-se suplentes, em comparao com

as fibras fabricadas pelo homem na construo de compsitos (Schuh, 2006;

Khedari et. al., 2003; Bledzki e Gassan, 1999; Kozolowski, 2004;

Satyanarayana, 2005).

As tendncias internacionais no estudo das fibras lignocelulsicas

revelam que (Satyanarayana et. al., 2007):

- Estas fibras tem utilizao potencial em aplicaes automotivas

(Kandachar, 2002; Netravali e Chabba, 2003; Nickel e Riedel, 2003; Marsh,

2003; Satyanarayana, 2004 (a); Satyanarayana, 2004(b)).

- Estas podem ser concorrentes ideais para as no-renovveis, caras

fibras sintticas base de petrleo utilizadas em materiais compsitos,particularmente na indstria automotiva, (Bledzki et. al., 1999; Wambua et. al.,

2003; Joshi et. al., 2004; Suddell et. al., 2002), incluindo setores de construo

(Kedari et. al., 2003; Demir et. al., 2006).

- Muitos pases esto se conscientizando a respeito das preocupaes

ecolgicas, e particularmente, os pases Europeus esto aprovando leis que

exigiriam, at o ano de 2015, o uso de at 95% de materiais reciclveis em

veculos (Peijis, 2003).- Est se aproximando a hora em que o uso de compsitos a base de

fibras como materiais estruturais em veculos automotivos (Netravali et. al.,

2003).

- possvel produzir fibras de qualidade, adequadas para diferentes

aplicaes, atravs de um melhor cultivo, incluindo mtodos de engenharia

gentica e de tratamento para obter propriedades uniformes (Rajesh e

Kozlowski, 2005).


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Brasil, que produz muitas das plantas que do origem as fibras naturais,

encontra-se em uma posio destacada em relao a outros pases da

Amrica do Sul, tendo uma rea de aproximadamente 8,5 milhes de Km2, nos

quais 5 a 6%, aproximadamente, so de terras arveis, 22% de pastos

permanentes e 58% de florestas e matas (Satyanaryana et.al.,2005). O Brasil

privilegiado geograficamente por possuir condies climticas excepcionais e

solo frtil para o cultivo de uma vasta variedade de espcies de plantas

(Satyanaryana et.al.,2005).

No Brasil existe um forte desenvolvimento de estudo cientfico das fibrasnaturais renovveis, incluindo fibras como coco, sisal, banana. Curau,

abacaxi, etc. Estas fibras apresentam uma grande variedade de aplicaes, em

funo de suas propriedades nicas e da possibilidade de produo em massa

a preos bastante acessveis, contribuindo simultaneamente com a

biodegradao e a renovao do ciclo ecolgico (Satyanarayana et. al., 2007).

No Brasil, tem sido desenvolvidas polticas no setor agrcola, polticas

essas que incluem o aumento de reas de terras cultivveis para as fibrasvegetais, proporcionando, desta forma, colheitas ao longo dos anos, alm do

melhoramento das tcnicas de cultivo existentes, com a participao do

Instituto Brasileiro de Pesquisas no setor de agricultura (EMBRAPA). O

aumento na produo das chamadas fibras de curau, originria do norte do

Brasil, um exemplo de sucesso das melhorias j alcanadas. As mudanas

significativas nas reas de terras cultivveis para plantaes, que tem como

objetivo a extrao de fibras naturais (Satyanarayana et. al., 2007), so

mostrados na Tabela 2.2 (IBGE, 2007):


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Tabela 2.2rea de plantao no Brasil (IBGE, 2007).

Produto

rea cultivada (hectares)

Perodo

2000 2001 2002 2003 2004

AlgodoP 13678 9270 7796 5692 7105

T 862976 893150 763992 719074 115968

Coco (frutas) P 266577 275551 280835 281630 288142

Banana P 533593 516678 514563 514549 498385Sisal (fibra) P 204514 218771 215215 225918 239124

Juta (fibra) T 1355 1204 1094 1094 1513

Malva (fibra) T 4901 5395 5994 6556 7174

Abacaxi (frutas) T 62976 63282 62862 58155 59353

Rami (fibra) T 465 399 480 539 539

Arroz (fibra) T 3704863 3171300 3171955 3193936 3774215

Cana de Acar T 4879841 5022490 5206656 5377216 5633700

Curau T ND ND ND 100 400

P: Permanente

T: Temporrio

ND: No Definido

Como pode ser visto na Tabela 2.2, (IBGE, 2007), algumas das plantas

so desenvolvidas em regime permanente (P) ou temporrio (T), dependendoda contribuio econmica que essas trazem para o pas (Satyanarayana et.

al., 2007).

Uma caracterstica interessante no Brasil a iniciativa dos prprios

agricultores, por meio de cooperativas agrcolas e com ajuda da EMBRAPA,

possibilitando, desta forma, uma produtividade mais elevada de algumas

culturas. Outra caracterstica o aumento da mecanizao, que tem

possibilitado uma maior disponibilidade de fibras no mercado, apesar dareduo, na quantidade total de fibras processadas em relao com a


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quantidade total de fibras disponveis. Isso pode ser visto na Tabela 2.3 (IBGE,

2007), que apresenta a produo agrcola de vrias de culturas de rendimentode fibras durante o perodo de cinco anos (Satyanarayana et. al., 2007).

Tabela 2.3Dados estatsticos para a produo agrcola (IBGE, 2007).

Produto

(x1000toneladas)

Perodo

2000 2001 2002 2003 2004

Algodo P 2885 2762 4105 2424 2902T 2007 2644 2166 2199 3798

Coco (frutas) P 1301 1421 1928 1986 1962

Banana P 5777 6177 6423 6801 6607

Sisal (fibra) P 194 181 171 187 199

Juta (fibra) T 1 1 1 1 2

Malva (fibra) T 6 6 9 9 10

Abacaxi (frutas) T 1336 1430 1433 1440 1436

Rami (fibra) T 1 1 1 1 1Arroz (fibra) T 11135 10184 10457 10335 13277

Cana de Acar T 3026121 3044293 3064391 3096012 4015216

Curau T ND ND ND ND 15

P: Permanente

T: Temporrio

ND: No Definido

A Tabela 2.4 mostra o nome botnico das diversas fibras de plantas

cultivadas no Brasil.


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Tabela 2.4Nome botnico das diversas fibras de plantas cultivadas no Brasil.Fibra Nome Botnico

Banana Musa sapientum

Coco Cocus nucifera

Algodo Gossypium M.

Curau Ananas erectifolius

Linho Linum usitatssimum

Cnhamo Cannabis sativa

Juta Corchorus capsularis

Kenaf Hibiscus cannabinus

Mesta Hibiscus sibdoriff

Paina Chorisia speciosa

Piaava Attalea funifera

Abacaxi Ananas comoscus

Rami Boehmeria nvea

Sisal Agave sisalana

Esponja Luffa cylindrica

Cnhamo do Sol Crotalaria juncea

Condies climticas, idade e o processo de degradao, influenciam

no somente na estrutura das fibras, mas tambm na composio qumica. O

principal componente qumico de uma rvore viva a gua. Entretanto, nabase seca, todas as paredes celulares da planta consistem basicamente de

polmeros base de acar (celulose, hemicelulose), que so combinados com

a lignina com menor quantidade de produtos extrativos, protena, amido e

inorgnicos. Os componentes qumicos so distribudos ao longo da parede


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celular, que constituda por camadas de parede celular, primria e

secundria. A composio qumica varia de planta para planta, e dentro de

diferentes partes da mesma planta (Faruk et. al., 2012). A Tabela 2.5 mostra a

faixa da mdia dos constituintes qumicos para uma ampla variedade de tipos

de plantas (apud Faruk et. al., 2012).

Tabela 2.5 Composio qumica de algumas fibras naturais (apud Faruk et.

al., 2012).

Fibra Celulose

(%p.)

Hemicelulose

(%p.)

Lignina

(%p.)

Ceras

(%p.)

Bagao 55,2 16,8 25,3 -

Bambu 2643 30 2131 -

Linho 71 18,620,6 2,2 1,5

Kenaf 72 20,3 9 -

Juta 6171 1420 1213 0,5

Cnhamo 68 15 10 0,8Rami 68,6 - 76,2 1316 0,60,7 0,3

Abac 5663 2025 79 3

Sisal 65 12 9,9 2

Coco 3243 0,150,25 4045 -

leo de Palma 65 - 29 -

Abacaxi 81 - 12,7 -

Curau 73,6 9,9 7,5 -

Palha de Trigo 3845 1531 1220 -

Casca de

Arroz

3545 1925 20 1417

Palha de Arroz 4157 33 819 838


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Reviso Bibliogrfica 27

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O desempenho de compsitos de fibras naturais reforados compolmeros depende de vrios fatores, incluindo composio qumica das fibras,

dimenses celulares, ngulo formado pelas microfibrilas, defeitos, estrutura,

propriedades fsicas e propriedades mecnicas, e tambm a interao da fibra

com o polmero. A fim de se expandir o uso de fibras naturais para compsitos

e melhorar o desempenho destes, essencial conhecer as caractersticas das

fibras (Faruk et. al., 2012).

A grande faixa de valores, para os componentes das fibras naturais,como porcentagem de celulose, hemicelulose, lignina entre outros, um dos

inconvenientes das fibras naturais, consideravelmente maior, caso se

compare com os valores das fibras sintticas de vidro, isto pode ser explicado

pela diferena existente nas fibras naturais devido s condies globais de

desenvolvimento, crescimento das mesmas. Propriedades mecnicas das

fibras das fibras naturais podem ser influenciadas por muitos fatores(Faruk et.

al., 2012).A Tabela 2.6 apresenta as propriedades mecnicas de algumas

importantes fibras lignocelulsicas e de vidro (Abdul Khalil et. al., 2010;

Bhagawan et. al., 1987; Franck, 2005; Idicula et. al., 2010; Khalil et. al., 2008;

Mariatti et. al., 2008; Rowell, 2008; Saechtling, 1987; Satyanarayana e Wypych

2007).


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Tabela 2.6 Propriedades mecnicas de importantes fibras lignocelulsicas e

de vidro (Abdul Khalil et. al., 2010; Bhagawan et. al., 1987; Franck, 2005;

Idicula et. al., 2010; Khalil et. al., 2008; Mariatti et. al., 2008; Rowell, 2008;

Saechtling, 1987; Satyanarayana e Wypych 2007).

Quanto maior for, o modulo especfico das fibras lignocelulsicas

(mdulo por unidade especfica de gravidade) considerado, as fibras

lignocelulsicas apresentaro valores comparveis ou at superiores aos

apresentados pelas fibras de vidro, ver Tabela 2.6 (Jawaid e Abdul Khalil,

2011).

Fibras Densidade

(g/cm3)

Resistncia a

tenso (MPa)

Mdulo de

Elasticidade

(GPA)

Alongamento

na fratura

(%)

leo de Palma 0,7 - 1,55 248 3,2 2,5Linho 1,4 8001500 6080 1,2 - 1,6

Cnhamo 1,48 550900 70 1,6

Juta 1,46 400800 1030 1,8

Rami 1,5 500 44 2

Coco 1,25 220 6 1525

Sisal 1,33 600700 38 2-3

Abac 1,5 980 - -

Algodo 1,51 400 12 3-10

Kenaf (entre casca) 1,2 295 - 2,7 - 6,9

Kenaf (ncleo) 0,21 - - -

Bagao 1,2 20290 19,7 - 27,1 1,1

Henequm 1,4 430580 - 3 - 4,7

Abacaxi 1,5 1701627 82 1-3

Banana 1,35 355 33,8 5,3

Vidro-E 2,5 20003500 70 2,5

Vidro-S 2,5 4570 86 2,8


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Fibras lignocelulsicas exibem, significativamente, melhor alongamento

na fratura, o que se traduzir em melhor Tolerncia aos danos nos compsitos.

Baixo custo e melhores tolerncias aos danos tornam as fibras lignocelulsicas

atrativas para a construo de casas com requisitos de baixa carga.Madeira

a fibra natural celulsica mais abundantemente utilizada, por causa de sua

ampla utilizao na indstria de papel e celulose. No entanto, para melhor

resistncia e rigidez, fibras celulsicas como hemp, linho, juta, kenaf e sisal,

esto se tornando cada vez mais importante na produo de compsitos

(Jawaid e Abdul Khalil, 2011).

Muitas fibras celulsicas, como por exemplo, fibras de folha de

abacaxizeiro, so resduos do sistema de colheita dos abacaxizeiros, desta

forma, so disponveis a custos mnimos. As fibras lignocelulsicas so fortes,

leves, abundantes, no abrasivas, no perigosas e de baixo custo, e podem

servir como um excelente agente de reforo para plsticos. Vrios produtos

celulsicos e provenientes de resduos de plantas, tais como, farinha de

madeira e celulose tm sido utilizados como agentes de enchimento empolmeros. As fibras lignocelulsicas possuem, moderadamente, alta

resistncia especfica e rigidez, e pode ser utilizada como materiais de reforo

em matrizes polimricas para fabricao de materiais compsitos estruturais

(Jawaid e Abdul Khalil, 2011).

Vantagens e desvantagens das fibras lignocelulsicas so mostradas na

Tabela 2.7 (Sreekumar, 2008). Sabe-se que, as fibras sintticas como nylon,

rayon, aramida, vidro e carbono so extensivamente utilizadas como reforosem polmeros (Erich e Michel, 1984; Lawrence et. al., 1995). No entanto estes

materiais so caros e so recursos no renovveis. Fibras lignocelulsicas so

materiais renovveis e podem ser recicladas (Jawaid e Abdul Khalil, 2011).


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Tabela 2.7Vantagens e desvantagens das fibras naturais (Sreekumar, 2008).

Vantagens Desvantagens

- Baixo peso especfico resulta emuma maior resistncia especfica e

rigidez do que o vidro;

- Menor resistncia, especialmenteresistncia ao impacto;

- Fontes renovveis, produonecessita de pouca energia e baixa

emisso de CO2;

- Qualidade varia em funo dotempo;

- Processo no desgasta ferramentase no irrita a pele; - Baixa resistncia umidade, oque faz com que as fibras inchem;

- Bom isolamento acstico e trmico;- Temperatura mxima deprocessamento restrita;

- Biodegradvel;- Menor durabilidade, baixa

resistncia ao fogo;- Reciclagem possvel; - Baixa adeso fibra/matriz;

Muitos pesquisadores exploram a aplicao dos compsitos a base de

fibras naturais na indstria automobilstica (Bledzki et. al., 2006; Davoodi et. al.,2010; Mohanty et. al., 2000; Puglia et. al., 2004).

Em 2003, Mercedes-Benz comeou a utilizar fibras de juta no interior do

revestimento das portas do automvel Mercedes Classe-A. Praticamente todos

os grandes fabricantes de carros na Alemanha (Daimler Chrysler, Mercedes-

Benz, Volkswagen, Audi, BMW, Ford e Opel), utilizam compsitos base de

fibras naturais em vrias aplicaes (Suddell e Evans, 2005).

Na Alemanha, aps a autorizao do cultivo do cnhamo, foi possvel odesenvolvimento de feltros, a base de linho / cnhamo (50/50), para carros de

alto segmento. Um acordo histrico entre a Ford, a fornecedora de

componentes automobilsticos, Visteon e a empresa de biocompsitos Kafus,

possibilitou o aumento das aplicaes de compsitos a base de fibras naturais

no interior de painis, forros e acessrios (Suddell e Evans, 2005).


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Embora os compsitos polimricos a base de fibras naturais no podem

ser to resistentes quanto as fibras de vidro, estes materiais apresentampropriedades suficientes para utilizao em diversas aplicaes industriais. Em

2000, a Audi lanou o A2 Midrange, que tinha compsito de poliuretano com

fibras de linho e sisal em quantidades equilibradas, no interior dos

revestimentos das porras destes veculos (Suddell e Evans, 2005).

De acordo com Arruda et.al. (2012), alguns dos projetos de inovao e

novas tecnologias desenvolvidas pela Fiat no Brasil esto sendo aplicados em

veculos totalmente desenvolvidos pela empresa no pas. Os chamados carros

conceito so vitrines das pesquisas que a montadora vm conduzindo para o

pblico. Apresentados em grandes eventos, eles trazem novos materiais,

novos combustveis, possibilidades de conectividade e design diferenciado,

apontando tendncias do mercado automobilstico.

Uma das inovaes trazidas pelos Fiat Concept Car a utilizao de

fibras naturais, pesquisadas na flora brasileiraque possui vasta diversidade e

muito potencial para o desenvolvimento desse tipo de material. O Fiat Concept

Car II um exemplo. O veculo tipo bugre, apresentado ao pblico em 2008,

ver Figura 2.4, eltrico e sua carroceria foi produzida com materiais

reforados por fibras naturais (Arruda et.al.,2012).

Figura 2.4Carro conceito da Fiat II, (Arruda et.al.,2012).


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Uma das principais razes para a substituio das fibras de vidro pelas

fibras lignocelulsicas que elas podem se desenvolver com menores custos

que a fibra de vidro, por exemplo. O preo da fibra de vidro por volta de

1200-1800 US$/ tonelada, enquanto que fibras provenientes das plantam

custam entre 200-1000 US$/tonelada (Satyanarayana, et. al., 2009). Densidade

da fibra de vidro por volta de 2500 Kg/m3 e fibras de planta tem densidade

por volta de 1200-1500 Kg/m3(Jawaid e Abdul Khalil, 2011).

A natureza hidroflica das fibras o principal problema para todas asfibras celulsicas, se usadas como reforos em polmeros. A porcentagem de

umidade das fibras dependente do percentual de componentes no

cristalinos e do percentual de poros das fibras. De maneira geral, a natureza

hidroflica das fibras naturais, influencia as propriedades mecnicas (Faruk et.

al., 2012). A Tabela 2.8 mostra a porcentagem de umidade de algumas fibras

naturais (apud Faruk et. al., 2012).

Tabela 2.8 Porcentagem de umidade de fibras naturais a uma condio deumidade relativa do ar a 65% e temperatura de 21C (apud Faruk et. al., 2012).

FibraPorcentagem de

umidade das fibras (%)

Sisal 11

Cnhamo 9

Juta 12

Linho 7Abac 15

Rami 9

Abacaxi 13

Coco 10

Bagao 8,8

Bambu 8,9


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As propriedades fsicas de cada fibra natural so crticas, e incluem as

dimenses das fibras, defeitos, resistncia e estrutura. Existem vriaspropriedades fsicas que so importantes que se conhea para cada fibra

natural antes que a fibra possa ser utilizada para utilizao em um compsito.

Dimenses das fibras, defeitos, resistncia, cristalinidade, e estrutura devem

ser levadas em considerao (Faruk et. al., 2012).

A utilizao das fibras naturais, vegetais ou de celulose natural, como

material de reforo pelo homem, j existe h muito tempo. Como j foi

comentado, o capim, palha de arroz ou de milho, era misturado ao barro para afabricao de adobe em tijolos ou paredes reforadas, para diminuir a

fragilidade deste, tornando-o menos quebradio. At os dias de hoje essa

prtica vem sendo cada vez mais crescente. A forma fibrosa apresentada pela

celulose proporciona a este material, requisitos necessrios para diversas

aplicaes na rea de engenharia. As fibras lignocelulsicas, em sua maioria,

apresentam propriedades mecnicas relativamente baixas em relao s fibras

sintticas, porm so materiais atrativos principalmente pelo custo e carter

ecolgico. Essas fibras existem em grande quantidade no Brasil e so de fcil

manufatura (Silva, 1991).

As fibras naturais lignocelulsicas tm sido utilizadas nos mais

diversificados segmentos artesanais e industriais (Silva, 2006):

- Indstria txtil

- Indstria automotiva

- Indstria de celulose

- Indstria caladista

- Indstria da construo civil

As fibras vegetais so estruturas alongadas de seco transversal

vazada e arredondadas, distribudas por todo vegetal podendo ser classificadas

de acordo com a origem anatmica como fibras de talo, fibras de folha, fibras

de lenho e fibras de superfcie. As fibras de talo ocorrem no floema que fica na

entrecasca do talo, por exemplo, as fibras de juta, rami, linho, algodo,


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e piaava. As fibras de folha so extradas das folhas dos vegetais, podemos

citar as de sisal, curau, abacaxi e banana. As fibras de lenho so obtidas dolenho como no caso as fibras de bambu e as fibras de bagao de cana. As

fibras de superfcie formam uma camada protetora de caules, folhas, frutos e

sementes das plantas, como as fibras de aa, coco e as fibras de algodo

(Caetano et. al., 2004).

Fibras vegetais so todas as clulas esclerenquimatosas, isto , aquelas

que apresentam comprimento muito maior do que a largura. Dessa forma, do

ponto de vista histolgico, o termo fibra tem sido usado para designar umagrande variedade de tipos de clulas que se caracterizam pela forma alongada,

parede secundria espessa e regular com a ocorrncia de pontuaes

(Medina, 1959). Estas fibras vegetais podem apresentar teores elevados de

celulose e lignina e por isto so conhecidas como fibras lignocelulsicas (Lima,

2009).

A quantidade de plantas que fornecem fibras extremamente elevada e

quase inesgotvel, porem varias dessas fibras, no so exploradas de maneira

plena, por vrios motivos, entre eles (Medina, 1970):

- Falta de conhecimento em relao ao comportamento das plantas quando

introduzidas no meio cientifico;

- Insuficincia no preparo das fibras;

- Falta de conhecimento da similaridade do comportamento industrial das fibras

vegetais em contraste com as fibras sintticas.

- Descontinuidade de oferta comercial de produto.

Cada fibra-celular individual tem estrutura complexa formada por

paredes celulares que circundam o lmen. Essas paredes recebem

denominaes sucessivas da parte externa para interna: primria, secundria,

e assim por diante.

As paredes so constitudas de camadas formadas por feixes de

microfibrilas que crescem no vegetal em forma de espiral, com diferentes

orientaes angulares.


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