Caracterização De Fibras Da Palha Da Carnaúba Para Aplicação Em Compósitos De Isolação Térmica

Transcrição

1 Caracterização De Fibras Da Palha Da Carnaúba Para Aplicação Em Compósitos De Isolação Térmica F. S. Oliveira, UFRN J. U. L. Mendes, UFRN L. L. L. Costa, UFRN L. M. P. Santos, UFRN RESUMO Dada a atual conjuntura de desenvolvimento de tecnologia de materiais com apelo ecológico, tem-se a utilização da palha da carnaúba como uma alternativa de reforço em compósitos de isolação térmica. Dessa forma, considerando a característica inerente de fibras naturais como potenciais isolantes térmicos, tem-se a caracterização físico-mecânica de tecidos da palha de carnaúba, conforme normatização. Tem-se resultados quanto a natureza e composição das fibras, assim como, em relação as suas propriedades de densidade, resistência a tração, inflamabilidade, condutividade térmica e resistência a temperatura. Esses resultados revelam evidência de fragilidade da palha quanto a degradação térmica, porém quanto a condutividade, a fibra apresenta-se como isolante térmico, com baixa condutividade de calor, constituindo, dessa forma, uma alternativa para compósitos de isolação térmica. Palavras-chave: carnaúba, isolante térmico, compósitos INTRODUÇÃO O uso de insumos de origem natural, vegetal e animal, tem aplicação diversa no mundo moderno, especialmente no ramo de tecnologia dos materiais, envolvendo a produção de compósitos para as mais variadas aplicações. Evidenciando-se a aplicação de tal tecnologia para aplicações térmicas, de isolamento, apresenta-se a utilização das fibras naturais na produção sustentável de materiais compósitos. 2399

2 Dentre as fibras naturais, destaca-se neste trabalho, a fibra da palha da Carnaúba (Copernicia prunifera), que ganha evidência como potencial material de reforço para compósitos de isolação térmica, levando em consideração que: a carnaúba oferece possibilidades de atividades econômicas mesmo durante o período de estiagem, tratando-se, portanto de importante alternativa na composição da renda familiar das comunidades rurais. Oferece uma infinidade de usos ao homem: as raízes têm uso medicinal; os frutos possuem rico nutriente para a ração animal; o tronco é madeira de qualidade para construções e também pode ser extraído o palmito; as palhas servem para a produção artesanal, adubação do solo e extração de cera, um insumo valioso que entra na composição de diversos produtos na indústria farmacêutica, na indústria de componentes eletrônicos, produtos alimentícios, como também ceras polidoras e revestimento térmico dos dutos de vapor aquecido na indústria de petróleo. Trata-se de uma planta versátil. (1) A folha dessa espécie apresenta resistência ao calor, suportando até horas de insolação por ano. Nesse período, as folhas da carnaúba apresentam uma cobertura cerífera que reflete a luz, o que reduz o aquecimento, impedindo a planta de perder água e protegendo contra o possível ataque de fungos. (2) MATERIAIS E MÉTODOS Os materiais caracterizados foram palhas de carnaúba, conforme ilustrado na Fig.1, naturais do município de Assu/RN e esteiras de carnaúba, Fig.2, que são uma versão de tecido artesanal da palha. Fig. 1: Palha-olho da carnaúba 2400

3 Fig. 2: Esteira de carnaúba A caracterização da palha foi realizada, quanto a resistência mecânica, conforme ASTM C e os tecidos da palha, conforme ASTM D5035. Quanto a composição química, a análise se deu através de espectroscopia de infravermelho. A densidade do material foi definida com base na norma ASTM D792 e a gramatura do tecido foi determinada conforme a ABNT NBR 10591:2008. Para avaliar a inflamabilidade, seguiu-se a norma UL 94. E o ensaio termogravimétrico foi realizado de acordo com ASTM E2550; as curvas TG/DTG foram obtidas pelo analisador termogravimétrico da Shimadzu modelo TGA 50, a faixa de temperatura utilizada foi de 25 a 900 C, as amostras foram submetidas a razões de aquecimento da ordem de 10 RESULTADOS E DISCUSSÃO Caracterização físico-mecânica da palha e dos tecidos da palha de carnaúba Fisicamente a palha se apresenta como material frágil, com resistência elástica = 8,8 GPa; tensão de ruptura= 225,4 MPa e deformação= 1,7 %. Quanto aos tecidos da palha, as esteiras, tem-se que são classificados como malhas, com urdume e trama e apresentam resistência mecânica = 3,8 GPa; tensão de ruptura= 120,4 MPa e deformação= 1,2 %. 2401

4 Composição química Na espectroscopia de infravermelho, observa-se que a palha por se tratar de um componente orgânico, apresenta os componentes: celulose, hemicelulose e lignina. Através da análise do espectro IV da palha da carnaúba, representado na Fig.3, é indicado, conforme (2) que: a variação entre corresponde a deformação axial da ligação O-H de grupos hidroxila, presentes nas estruturas de celulose, hemicelulose e lignina; o intervalo entre corresponde a deformação axial da ligação C-H de alcanos (cadeias alifáticas presentes na celulose e hemicelulose); o intervalo é equivalente a vibrações de núcleos aromáticos presentes nos componentes de lignina. Fig. 3: Espectro por infravermelho da palha da carnaúba Densidade A palha da carnaúba apresenta densidade de 1,32 g/cm³. Quanto aos tecidos da palha, tem-se que a densidade superficial da malha é definida como a gramatura e corresponde a 4,26 g/m². 2402

5 Flamabilidade Quanto a propriedade de inflamabilidade, o teste de queima horizontal revelou que a palha da carnaúba não pode ser classificada conforme indica a norma, pois como ocorre em demais fibras celulósicas, houve a autossustentação da chama, fazendo com que ocorresse a queima rapidamente. Condutividade térmica O coeficiente de condutividade térmica,, para o material foi determinado e corresponde a 0,12. Resistência térmica A palha da carnaúba foi submetida a ensaio termogravimétrico, segundo indica a Fig. 4, e observa-se que o material começa a se degradar a aproximadamente 145, limitando assim sua aplicação a essa temperatura. Esse resultado é comparável ao obtido por (3) para a fibra da carnaúba originária do estado do Piauí, cuja temperatura de início de degradação é 134. TGA % x 0 C x 0 % x 0 % CARNAUBA.D00 TG CARNAUBA.D00 DTG DrTGA mg/min x 0 C x 0 C x 0 % x 0 C File Name: CARNAUBA.D00 Detector: TGA-50H Acquisition Date 14/08/20 Acquisition Time 09:02:37 Sample Name: Carnauba in Natura 0.00 Sample Weight: 1.703[mg] Annotation: x 0 C x 0 % Temp [C] x 0 % Fig. 4: Curva termogravimétrica da palha da carnaúba 2403

6 CONCLUSÕES A análise dos dados obtidos a partir dos experimentos realizados comprovaram que a palha, mecanicamente, é um material frágil, que não tem deformação elástica. Termicamente, a palha, tanto tecida quanto não-tecida, se apresenta como um material isolante e que tem a limitação de sua aplicação, quando não-associada a outro componente, a temperaturas abaixo de 145 ºC. REFERÊNCIAS 1. CAVALCANTI, S. Caracterização do óleo de Carnaúba para uso como biolubrificante. 2014, 72p. Dissertação (Mestrado em Engenharia mecânica), UFRN, Natal. 2. MARQUES, J. Uso do pó da palha da carnaúba em compósitos de quitosana. 2012, 74p. Dissertação (Mestrado em Química), UFRN, Natal. 3. MELO, J.D.D.; CARVALHO, L.F.M.; MEDEIROS, A.M.; SOUTO, C.R.O.; PASKOCIMAS, C.A. A biodegradable composite material based on polyhydroxybutyrate (PHB) and carnauba fibers. Composites: Part B. v. 43, p , Characterization Of Fibres From Carnaúba Straw For Application In Composistes Of Thermal Insulation ABSTRACT Due to the current conjuncture of the development of materials technology with ecological appeal, there is the use of carnauba straw as an alternative to strengthen composites of thermal insulation. Thus, considering the inherent characteristic of natural fibres such as potential thermal insulators, there is the physical-mechanical characterization of the tissue of carnauba straw according with standardization. Also has results regarding the nature and composition of the fibres, as well as in relation to their properties of density, tensile strength, flammability, thermal conductivity and 2404

7 temperature resistance. These results reveal evidence of brittleness of the straw and the thermal degradation, but as the conductivity, the fibre presents itself as an insulator with low heat conductivity, constituting thus an alternative for composite thermal insulation. Key-words: carnaúba, insulation, composites 2405