AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DOS COMPÓSITOS POLIÉSTER COM ARGILA DA REGIÃO METROPOLITANA DE BELÉM

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1 AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DOS COMPÓSITOS POLIÉSTER COM ARGILA DA REGIÃO METROPOLITANA DE BELÉM A. C. de Azevedo 1* ; L. F. A. Brandão 1 ; H. C. M. Coelho 1 ; W. R. El Banna 1 ; I. S. Gomes 1 ; D. S. da Costa 1. 1 Universidade Federal do Pará, Belém, Pará, Brasil. Ananindeua Centro, Pará. Cep: amanda.chaves.azevedo@gmail.com RESUMO Neste trabalho utilizaram-se dois tipos de argilas (100 mesh) da região metropolitana de Belém. A matriz polimérica foi resina poliéster isoftálica com 1 % de catalisador e 1,5 % de cobalto, com incorporação de argila em proporções de 0 %, 5 %, 15 % e 25 % em massa. O método de fabricação foi o hand lay up com prensagem. Foram feitos ensaios de tração (ASTM D3039) e flexão (ASTM D790) para as caracterizações mecânicas. Para características físicas foram efetuadas porosidade aparente, massa especifica aparente e absorção de água, conforme norma NBR Avaliou-se a resistência à chama (ASTM D635). Para os ensaios de tração, os compósitos, dos dois tipos de argilas, apresentaram aumento em sua resistência, para os de flexão se mantiveram estáveis. A flamabilidade dos compósitos ocorreu de forma satisfatória comparados com as recomendações da norma. E as características físicas aumentaram de acordo com as proporções. Palavras-chave: Materiais, Compósitos, Poliéster, Ensaios, Características. 2275

2 1. INTRODUÇÃO Não é de hoje que os polímeros são estudados com o objetivo de aplicação em diversas áreas de conhecimento, mas ganhou certo destaque por poder ser utilizado em conjunto a outros materiais. Isso se deve, sobretudo, a suas características, principalmente reológicas, bem complexas. Além disso, possuem, em geral, boa flexibilidade, baixa densidade e boa resistência mecânica. A resina poliéster chama a atenção para estudo, principalmente, por seu baixo custo de produção e possibilidade de misturar-se a fibras e pós. A intenção de combinar polímeros a materiais, sintéticos ou naturais, é melhorar ainda mais certas propriedades. A argila, por sua vez, é constituída, essencialmente, por argilominerais que são silicatos de Al, Fe e Mg hidratados (1). É um material natural e de granulação fina que adquire plasticidade interessante quando misturado a água. São resultados de intemperismos ou de depósitos como sedimentos (2). A argila é retirada do meio natural e passa por certo beneficiamento, até obter as características desejadas para a aplicação, seja no meio industrial ou de pesquisas. O estudo de compósitos na engenharia é uma área que abrange um grande número de pesquisas e trabalhos acadêmicos. Nos compósitos existem sempre uma fase contínua e outra descontínua, a primeira possui comportamento de matriz e a segunda procura conferir resistência ao material quando submetido a esforços (3). Ganha destaque, assim, os compósitos que possuem como matriz um polímero. E mais ainda, o emprego de compósitos que são reforçados por argilominerais inorgânicos consistindo de silicatos pode oferecer um bom desempenho e custo viável. Porém, para solucionar um problema que é a má interação do polímero orgânico com os argilominerais inorgânicos, busca-se uma solução por meio de tratamentos térmicos nas superfícies das argilas com modificadores orgânicos (4). Diante disso, o artigo tem por objetivo demonstrar as características mecânicas, físicas e de resistência à chama dos compósitos fabricados com matriz polimérica (poliéster), com adição de argilas provenientes de duas regiões diferentes da região metropolitana de Belém. 2276

3 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Materiais utilizados Poliéster isoftálico AM-910 cuja marca é Aerojet; O catalisador MEK-P de marca Aerojet; O acelerador utilizado de Octoato de Cobalto, também da Aerojet; O molde que foi empregado para a fabricação das placas de compósitos é retangular inoxidável (tamanho 32,1 cm x 17,3 cm); Foi utilizado um desmoldante Desmojet para facilitar a retirada da placa; A matéria prima foram as argilas retiradas das encostas do rio Guamá e a de artesões do município de Icoaraci, ambas regiões metropolitanas de Belém; Para prensar o material foi utilizada prensa hidráulica de marca Marcon; Serra circular de bancada. 2.2 Preparo da matéria prima Ambas argilas foram, previamente, levadas para secagem durante 24 horas em estufa a 105 C. Após, foram cominuídas em moinho de bolas e passadas em peneiras de 100 mesh para obtenção de granulometrias adequadas ao estudo. 2.3 Fabricação dos compósitos O método utilizado para a fabricação dos compósitos foi o hand lay up. Os procedimentos foram realizados no Laboratório de Engenharia Química da Universidade Federal do Pará. Primeiramente, fez-se a determinação da massa de resina utilizada para cada composição de argila em balança digital da Urano. Foram determinadas as massas das argilas nas proporções trabalhadas (0 %, 5 %, 15 % e 25 %) e levada a estufa a 105 C durante 20 minutos. Após, na resina, adicionou-se o acelerador de cobalto (proporção de 1,5 % v/v) e a argila, misturando sempre até obter uma pasta homogênea. Por ultimo, inseriu-se o catalisador MEK-P (proporção de 1 % v/v). No molde metálico é necessário utilizar o desmoldante para facilitar a retirada do material posteriormente. E então, a mistura acelerador-argila-catalisador foi despejada sobre o molde (que já estava disposto e nivelado sob a prensa) e, após atingir o ponto de gel, a mesma foi prensada com uma carga fixa e 2,5 toneladas. O compósito permaneceu sendo prensado durante um tempo de 20 minutos e, após, foi retirado e armazenado por um tempo de cura de 24 horas. 2277

4 2.4 Preparo dos corpos de prova para ensaios Os corpos de prova para ensaio de tração foram cortados segundo a norma ASTM D3039 (5) e para os ensaios de flexão utilizou-se a norma ASTM D790 (6). Para o corte utilizou-se serra de bancada. Os corpos de prova de tração foram cortados em tamanhos de 25 cm x 2,5 cm e fixados em suas extremidades 4 tab s de Duratex. Os de flexão cortaram-se em tamanhos de 12,7 cm x 1,27 cm (mesmo tamanho utilizado para o ensaio de flamabilidade). Os ensaios de tração foram realizados em máquina do modelo KE 2000 MP de marca KRATOS. O de flexão foi feito em máquina da marca EMIC e modelo DL 500. As velocidades utilizadas para esses dois ensaios foi de 2 mm/min. O ensaio de retardo a chama foi realizado com o corpo de prova em posição horizontal (ASTM D635 (7) ) onde incidiu-se a chama utilizando bico de Bunsen com um ângulo de 45. A taxa de queima pode ser calculada com a expressão (A). TTTTTTTT mmmm 60LL = min tt Onde L é o comprimento atingido pela queima (75 mm) e t é o tempo necessário para que o corpo seja danificado até os 75 mm. Para os ensaios físicos (NBR (8) ) o tamanho dos corpos e prova foram de 2,5 cm x 2,5 cm. Para a determinação da massa seca os corpos de prova foram deixados na estufa por 24 horas, para a determinação da massa úmida os mesmos foram deixados em água destilada por 24 horas e para a massa imersa foi montado um aparato com a balança. A balança utilizada foi a analítica da Bioscale, modelo Dessa forma, foi possível descobrir a massa específica aparente, absorção de água e porosidade aparente do compósito, por meio, respectivamente, das equações (B), (C) e (D). MEA = m s m u m i X 100 g cm 3 (A) (B) AA = m u m s m s X 100 (%) (C) PA = m u m s m u m i X 100 (%) Onde ms é a massa seca do corpo de prova, mu é a massa úmida e mi é a massa imersa. (D) 2278

5 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Ensaio de tração Os resultados obtidos dos ensaios de tração podem ser observados na tabela 1. Nota-se um aumento favorável da tensão de resistência nas porcentagens apresentadas com relação à resina plena, tanto da argila do rio Guamá como da argila de Icoaraci. Isso indica que a combinação matriz-reforço teve um resultado positivo. Tabela 1: resistência a tração dos corpos de prova COMPOSIÇÃO TENSÃO DE RESISTÊNCIA (MPa) RESINA PLENA 8,65 ± 0,67 ARGILA ICOARACI 5% 12,67 ± 2,69 ARGILA ICOARACI 15% 16,18 ± 2,98 ARGILA ICOARACI 25% 17,86 ± 3,32 ARGILA GUAMÁ 5% 17,31 ± 2,83 ARGILA GUAMÁ 15% 19,29 ± 4, Ensaio de flexão A tabela 2 mostra os resultados obtidos por meio do ensaio de flexão. Nota-se que a comparação entre a resina plena e as porcentagens da argila das encostas do rio Guamá, foi favorável a tensão de resistência à flexão. Porém, já em comparação as porcentagens de argila do município de Icoaraci houve variações positivas e negativas, se contraposto a resina plena. Isso pode associar-se a algum defeito de fabricação ou a uma má interação da resina com a argila. Tabela 2: resistência a flexão dos corpos de prova COMPOSIÇÃO TENSÃO DE RESISTÊNCIA (MPa) RESINA PLENA 63,05 ± 9,09 ARGILA ICOARACI 5% 59,42 ± 18,19 ARGILA ICOARACI 15% 73,38 ± 9,28 ARGILA ICOARACI 25% 72,38 ± 7,21 ARGILA GUAMÁ 5% 65,79 ± 7,72 ARGILA GUAMÁ 15% 71,21 ± 7, Ensaio de flamabilidade Os resultados obtidos mediante o ensaio de retardo a chama pode ser visualizado na tabela 3. Observa-se que em relação a resina plena ocorre um pequeno aumento na taxa de queima em relação a todas as composições de argila, o maior aumento é notado na argila do rio Guamá com 5 % em massa, aumento 2279

6 este de aproximadamente 30 %. E o menor aumento na de 15 % de argila do distrito de Icoaraci, alta de aproximadamente 15 % na taxa de queima. Os compósitos com argilas apresentaram capacidade de retardo à chama, pois todos os compósitos reduziram em média 50 % da taxa de queima quando comparados com as recomendações da norma ASTM D635. Tabela 3: taxa de queima dos corpos de prova COMPOSIÇÃO TAXA DE QUEIMA (mm/min) RESINA PLENA 17,42 ARGILA ICOARACI 5% 21,78 ARGILA ICOARACI 15% 20,12 ARGILA ICOARACI 25% 22,51 ARGILA GUAMÁ 5% 22,65 ARGILA GUAMÁ 15% 21, Ensaios físicos A tabela 4 mostra os resultados de testes físicos realizados em laboratório. Nesta, observa-se um aumento da massa específica aparente, porosidade aparente e da absorção de água dos dois tipos de argilas. No geral, os compósitos com resíduos de argila aumentaram suas propriedades físicas (MEA, PA e AA) em relação a matriz plena, fatores como as características hidrofílicas dos resíduos, formato e distribuição das partículas dentro da matriz podem ter interferências nesses resultados. Tabela 4: resultado dos testes físicos COMPOSIÇÃO MEA (g/cm³) PA (%) AA (%) RESINA PLENA 1,19 0,49 0,41 ARGILA ICOARACI 5% 1,22 1,26 1,03 ARGILA ICOARACI 15% 1,29 1,53 1,18 ARGILA ICOARACI 25% 1,36 2,27 1,67 ARGILA GUAMÁ 5% 1,20 2,45 2,05 ARGILA GUAMÁ 15% 1,26 3,8 3,12 4. CONCLUSÃO Assim, com relação a resistência a tração, houve um aumento significativo nessa tensão em relação a matriz plena, de ambos tipos de argilas, o que pode ser classificado como um resultado favorável ao estudo. O ensaio de flexão mostrou que a argila do rio Guamá possui melhores propriedades para este tipo de resistência se comparada a de Icoaraci. 2280

7 O ensaio de flamabilidade demonstrou que não houve um impacto positivo na taxa de queima, mas, ainda sim, houve um acréscimo nessa taxa. E os testes físicos demonstraram que o maior valor de massa específica aparente, porosidade aparente e absorção de água foram na argila do rio Guamá. Os compósitos poliméricos com argilas da região metropolitana de Belém apresentaram viabilidade de fabricação, resultando em compósitos com bom acabamento e com boas propriedades analisadas. Tornando-os materiais para possíveis aplicações simples, entretanto com suas devidas limitações. 5. AGRADECIMENTOS Primeiramente, a Deus, por me proporcionar ter discernimento e saber enfrentar certas dificuldades. Agradecer, também, ao meu professor Deibson Costa, por estar a todo momento presente e sempre proporcionar os materiais necessários ao estudo. E a Universidade Federal do Pará, mais especificamente, o Laboratório de Engenharia Química, por todo o suporte estrutural. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (1) COELHO, A.C.V.; SANTOS, P.S. Argilas especiais: o que são, caracterização e propriedades. Química Nova, v. 30, n. 1, p , (2) SANTOS, P.S. Ciência e Tecnologia de Argilas. São Paulo: Edgard Blucher Ltda, (3) RISSON, P.; CARVALHO, G.A.; VIEIRA, S.L.; ZENI, M.; ZATTERA, A.J. Reaproveitamento de resíduos de laminados de fibra de vidro na confecção de placas reforçadas de resina poliéster. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v.8, n.3, p , (4) SOUZA, M.A.; P, L.A.; JR, A.R. Nanocompósitos de poli(cloreto de vinila) (PVC)/ argilas organofílicas. Polímeros: Ciência e Tecnológia, v. 16, n. 4, p , (5) ASTM D "Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials", Annual Book of ASTM Standards, American Society for Testing and Materials, (6) ASTM D 790. "Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials", Annual Book of ASTM Standards, American Society for Testing and Materials,

8 (7) ASTM D 635 "Rate of Burning and/or Extent and Time of Burning of Plastics in a Horizontal Position" Annual Book of ASTM Standards, American Society for Testing and Materials, (8) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT) - NBR "Determinação da massa específica aparente, porosidade aparente, absorção d água aparente." p. EVALUATION OF PROPERTIES OF POLYESTER COMPOSITES WITH CLAY IN THE METROPOLITAN REGION OF BELÉM ABSTRACT: In this work two types of clays (100 mesh) of Belém metropolitan region had been used. The matrix polymeric was polyester isophthalic resin with 1 % of catalyser and 1.5 % of cobalt, with clay incorporation in ratio of 0 %, 5 %, 15 % and 25 % by mass. The manufacture method was hand lay up with pressing. There had been made tensile tests (ASTM D3039) and bending (ASTM D790) for the mechanical characterizations. For physical characteristics had been effected apparent porosity, apparent specifc mass and water absorption, as norm NBR It was evaluated resistance to the flame (ASTM D635). For the tensile test, the composite, of two types of clays, presented increase in its resistance, for the ones of flexão remained stable. Flamability from composite occurred of satisfactory form, with the recommendations of standard. And the physical characteristics had increased the ratios in accordance with. Key-words: Materials, Composites, Polyester, Tests, Characteristics. 2282