12º CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHEIRA MECÂNICA Guayaquil, 10 a 13 de Novembro de 2015

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1 12º CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHEIRA MECÂNICA Guayaquil, 10 a 13 de Novembro de 2015 CARACTERIZAÇÃO DO COMPÓSITO SANDUÍCHE CONSTITUÍDO POR FIBRA DE JUTA, FIBRA DE VIDRO E RESINA POLIÉSTER CRISTAL ORTOFTÁLICA 1 Medeiros, R. R. B; 1 Neto, O. L. A; 1 Cabral, I. C; 1 Medeiros, I. P. M; 1 Souza, L. G. M; 1 Fontes, F. A. O; 1 Nascimento, S. V; 1 Barros, A. A. T. S; 1 Sousa, E. H. V; 1 Azevedo, V. F; 1 Barbosa, C. R. F 1 Universidade Federal do Rio Grande do Norte UFRN - Programa Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Avenida Senador Salgado Filho, 3000 Lagoa Nova, Natal - Rio Grande do Norte Brasil, CEP ramonruda@hotmail.com; oto_lima@hotmail.com; isabel.cavalcanti.cabral@gmail.com; isaacmedeiros.rn@gmail.com; lguilherme@dem.ufrn.br; franciscofontes@uol.com.br; samuelson3@gmail.com; aidee_torres_@outlook.com; edu_engmec@yahoo.com.br; valerio.azevedo@ifrn.edu.br; cleiton@ufrnet.br Palavras claves: compósito sanduíche, fibra de juta, fibra de vidro. RESUMO Materiais compósitos estão cada vez mais presentes em nosso dia a dia. As aplicações destes materiais são bastante amplas, com boa penetração em indústrias como a automotiva, aeroespacial, entre outras. Atualmente, os estudos voltados para compósitos com aplicações ecológicas estão sendo intensificados, principalmente no que se diz respeito aos compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais. O presente trabalho tem como objetivo a caracterização das propriedades mecânicas de um compósito tipo sanduíche, formado pela laminação convencional de tecido de fibra de vidro e tecido de fibra de juta, ambos com feixes bidirecionais. A laminação foi realizada pela superposição dos tecidos de forma alternada e foi empregada a resina poliéster cristal ortoftálica. Para caracterização das propriedades do material realizaram-se ensaios de resistência à tração e flexão três pontos. PALABRAS CLAVE: compósito sanduíche, fibra de juta, fibra de vidro.

2 INTRODUÇÃO Atualmente busca-se substituir o uso de fibras sintéticas, como reforço para compósitos poliméricos, por fibras vegetais com o objetivo de agregar vantagens como baixo custo, densidade, isolamento térmico, além de ser uma fonte de matéria-prima renovável, o que reduz os problemas ambientais. Apesar das fibras sintéticas possuírem resistência mecânica mais elevada que as fibras vegetais, estas possuem boa aplicabilidade quando são utilizadas em situações de baixa solicitação mecânica como, por exemplo, em paredes divisórias, tanques de armazenamento de grãos ou até em forros de isolamento termo acústico em automóveis. Dentre as fibras naturais com potencial de aplicação, merece destaque a fibra proveniente da Juta (Corchorus Capsularis L.), planta da família das Tiláceas. Esta fibra é uma das mais utilizadas na fabricação de diversos produtos (Cabral et al 2005; Dotan et al 1989). A Juta é uma fibra longa 100% natural, macia, brilhante e uma das mais resistentes e de fácil obtenção no Norte e Nordeste brasileiro, sendo esta selecionada para análise. Foram idealizados os compósitos híbridos, que envolvem a combinação de fibras sintéticas e fibras vegetais, a fim de obter um material resistente e de baixo custo. Essa combinação é feita através de métodos físicos e químicos, que promovem a adesão entre a matriz e a fibra. O presente trabalho tem como objetivo determinar o limite de resistência à tração e a flexão do compósito sanduiche que consiste em matriz polimérica reforçada por tecidos de juta e fibra de vidro. Para tal, foram realizados ensaios de tração unidirecional e flexão três pontos. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Para confecção do compósito sanduiche que foi utilizado nos corpos de prova, os materiais utilizados foram: Forma fabricada em aço com 500 x 500 mm; Resina poliéster; Catalisador; Tecido de fibra de Juta; Tecido de fibra de vidro AF 0003; Cera desmoldante; Pincel; Luvas Balança; Compósitos são formados por no mínimo dois materiais, um com caraterística de matriz e outro de reforço. No presente trabalho, o compósito foi confeccionado com uma matriz de resina poliéster ortoftálica cristal do Fabricante Cray Valley (código de produto Palydyne 5061), o catalisador utilizado foi o MEKP Butanox-M50 e os reforços foram feitos com tecido de fibra de Juta e tecido de fibra de vidro (Figura 1). As propriedades da resina estão expostas na Tabela 1, do catalisador na Tabela 2, do tecido de fibra de vidro na Tabela 3 e do tecido de Juta na Tabela 4. Tabela 1: Dados da resina utilizada. Resina Líquida Poliéster Ortoftálica Cristal (Palydyne 5061) Viscosidade Brookfield a 25 C ASTM D (cp) Gel Time a 25 C* ASTM D min: seg 10,0-13,0 Intervalo Simples ASTM D min: seg 15,0-20,0 Pico Exotérmico ASTM D º C Índice de Acidez ASTM D (mg KOH/g) 30 máximos Teor de Sólidos ASTM D % Densidade a 25 C ASTM D g/cm³ Dureza Barcol após 24 horas ASTM D

3 Tabela 2: Dados do catalizador utilizado na resina. Catalisador (Butanox M50) Descrição Química Peróxido de metil etil cetona, 33% em dimetil ftalato Nome Químico Símbolo Concentração (%peso) Peróxido de Metil Etil Cetona CE 33 Dimetil Ftalato Nenhum 63 Metil Etil Cetona F Xi 1 Tabela 3: Principais propriedades do tecido de vidro. Tecido de Fibra de Vidro AF-0003 Propriedades Ponto de Ebulição >870 C Ponto de Amolecimento 840 C Peso 200g +/-5% g/m² Espessura do fio 0,18 mm Composição SiO 2 55% Al2O 3 14% CaO 23% Outros 8% Tabela 4: Principais propriedades do tecido de Juta Tecido CBC Propriedades Fibra utilizada Juta Peso 170g +/-5% g/m² Espessura do fio 0,6 mm (a) (b) Figura 1: (a) Tecido de fibra de Juta (b) Tecido de fibra de vidro. A quantidade de matéria-prima para confecção da placa do compósito sanduiche, para posterior fabricação dos corpos de prova foram: 475 g de Resina; 11,9 g de catalisador; 0,5 m de Tecido de fibra de Vidro; 0,25 m de Tecido de fibra de Juta.

4 Confecção da Placa: Para fabricar a placa, inicialmente foi realizada a pesagem da resina e do catalisador, nas proporções supracitadas. Em seguida, foi cortado dois pedaços de tecido de fibra de vidro e um de fibra de Juta, ambas apresentando as dimensões da forma (500 x 500 mm). Antes de realizar a laminação do compósito, foi aplicado o desmoldante na forma. Realizou-se a mistura da resina e do catalisador em um recipiente limpo, em seguida, a laminação foi concebida. A laminação ocorreu de forma intercalada, entre tecido de fibra de vidro e fibra de junta, com aplicação da resina entre cada tecido e entre o tecido e o molde. O processo de cura da resina foi a frio e sem prensagem. Os corpos de prova foram confeccionados a partir da placa de compósito, para o corte dos corpos de prova para o ensaio de tração (Figura 2.a) e flexão (Figura 2.b) foi utilizado uma serra circular de bancada, com disco diamantado. (a) (b) Figura 2: Corpos de Prova para ensaios Para melhor fixação dos corpos de prova, foram colocados TABs em suas extremidades (Figura 3), minimizando os riscos de escorregamento do corpo de prova nas pinças da célula de carga, desta forma, garantindo assim um melhor resultado nos ensaios. RESULTADOS E DISCUSSÕES Figura 3: Corpo de prova para ensaio de tração com tabs. O ensaio de tração e flexão foi realizado no laboratório de Ensaios Mecânicos do Núcleo Tecnológico Industrial da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). Os parâmetros de entrada para do ensaio de tração na maquina Shimadzu modelo AG-X (Figura 4) é apresentado na Tabela 5.

5 Figura 4: Equipamento utilizado para tração. Tabela 5: Dados de entrada para Ensaio de Tração. Velocidade do Ensaio Espessura Largura Comprimento 1 mm/min 1,9 mm 12,7 mm 150 mm Os corpos de prova seguiram as determinações da norma ASTM 3039, contudo, mesmo com a padronização, nenhum dos valores de resistência a tração foram iguais. Os dados obtidos nos ensaios para resistência a tração dos nove corpos de prova estão apresentados na Figura 5. Tendo como maior valor para resistência a tração foi 79,46 Mpa e a menor valor de 50,94Mpa. A média para resistência a tração foi de 65 Mpa, no qual, cinco corpos de prova obtiveram LRT acima da média e quatro abaixo. A Figura 6 mostra a fratura de um dos corpos de prova dos ensaios. Figura 5: Resultados dos ensaios de Resistência a Tração.

6 Figura 6: Corpo de prova após ruptura durante o ensaio de tração. O ensaio de flexão utilizou a mesma maquina do ensaio a tração, alterando apenas os dispositivos de fixação do corpo de prova para ensaio de flexão a três pontos de acordo com a norma ASTM D790 e os corpos de prova estavam conforme norma ASTM D790. Os resultados para ensaio de flexão estão expostos na Figura 7. A maior resistência a flexão foi de 210,168 MPa e a menor 158,015 MPa. Já a média dos resultados foi 181 Mpa, onde cinco corpos de prova ficaram acima da média e quatro abaixo da média. A Figura 8 mostra o corpo de prova rompido após a finalização do ensaio de flexão. Figura 7: Resultado do ensaio de Resistência a Flexão três pontos. Figura 8: Corpo de prova durante o ensaio de flexão.

7 CONCLUSÕES Diante do exposto, o compósito hibrida tecido de vidro/juta no formato sanduíche com duas folhas de vidro entre uma folha de juta e resina curada, demostrou por meio do ensaio mecânico de tração e flexão, a sua viabilidade quanto uma aplicação que exija boas propriedades mecânicas. A prensagem por gravidade influenciou diretamente nas curvas de tração, visto que ocorreram diversas quedas bruscas e a provável causa foi a presença de vazios nas camadas de resina, portanto influenciando diretamente no ensaio de tração. A variação dos valores de tensão máxima de tração e flexão para cada corpo de prova pode ter ocorrido devido presença de vacâncias na camada da resina e pela não uniformidade em alguns pontos na matriz formada pelo conjunto tecido de vidro/juta. Verificou-se quedas bruscas em algumas curvas, isto pode ter ocorrido devido a presença de bolhas em alguns pontos do corpo de prova, mas que este vazio não foi suficiente para que ocorresse a ruptura do material naquele ponto. Os resultados da tensão de tração e flexão demonstraram ser viáveis para aplicações estáticas especificas, além de o material utilizado ser de custo acessível e de fácil fabricação. Para verificar a viabilidade dinâmica é interessante que seja feito um ensaio de fadiga. REFERENCIAS 1. HIBBELER, R. C. Resistência dos Materiais. 7. Ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, BEER, F. P.; JOHNSTON E. R. Resistência dos Materiais. 2. Ed. São Paulo: McGraw Hill, ASTM D Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. 4. ASTM D790 - Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials 5. LIMA, Amanda Camerini. CARACTERIZAÇÃO E PROPRIEDADES DE COMPÓSITOS DE TECIDO DE JUTA REFORÇANDO MATRIZ DE POLIETILENO RECICLADO f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia e Ciência dos Materiais, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes, OLIVEIRA, Jorge Fernando de Souza. Estudo da Influência da Configuração em compósitos poliméricos hibridos f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2007.