MATERIAL COMPÓSITO SANDUÍCHE DE ORIGEM RENOVÁVEL PARA ISOLAÇÃO TÉRMICA EM CONSTRUÇÕES

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1 MATERIAL COMPÓSITO SANDUÍCHE DE ORIGEM RENOVÁVEL PARA ISOLAÇÃO TÉRMICA EM CONSTRUÇÕES Anderson Moreno 1*, Frederico O. Keller 2, Philippe Evon 3, Laurent Labonne 4, France Chabert 5 Centro Universitário Tupy UniSOCIESC, andersonmoreno@outlook.com¹, keller.frederico@gmail.com², philippe.evon@ensiacet.fr³, laurent.labonne@enciacet.fr 4, france.chabert@enit.fr 5, Rua Max Boehm, 126 CEP , Comasa, Joinville SC, Brasil. RESUMO O objetivo desse trabalho é de criar novos materiais compósitos sanduíches, de origem renovável e ligando boas propriedades de isolação térmica e mecânicas. Para isso, a poliamida 11 (PA 11) é utilizada como matriz e a fibra de juta como malha de reforço. O PA 11 é um polímero termoplástico de origem renovável, fabricado a partir de óleo de mamona, e conhecido por suas propriedades contra agentes químicos. A fibra de juta é por sua parte, a segunda fibra natural mais cultivada no mundo. Ela é igualmente barata e será utilizada, ou não, sob forma pré-impregnada. Diversos compósitos foram criados em uma termoprensa variando-se a pressão, tempo e temperatura, e após caracterizá-los, notou-se um aumento do módulo em flexão, tensão em flexão e módulo de Young de todos os compósitos em relação à uma referência, porém, em tensão máxima e deformação na tensão máxima, a maioria esteve abaixo dos valores da referência. INTRODUÇÃO Com os constantes impactos ambientais das atividades humanas em nosso meio, surgem e se desenvolvem os eco materiais, em que o termo desenvolvimento durável é cada vez mais utilizado (1). Na última década, compósitos a base de polímeros reforçados com fibras naturais foram alvo de numerosos desenvolvimentos, tanto em indústria quando em laboratórios acadêmicos (2). Diversos materiais podem ser criados associando uma matriz e uma fibra de reforço. Nos termoplásticos, existem os de origem vegetal (amido de milho, ácido poli láctico PLA, polihidroxialcanoatos PHA) utilizáveis como matriz, e para reforço fibras vegetais (cânhamo, linho, juta, entre outros), que apresentam propriedades mecânicas específicas importantes e numerosas qualidades que se destacam quanto ao impacto ambiental. Tais recursos renováveis, são muitas vezes biodegradáveis, neutros quanto às emissões de CO2 na atmosfera e demanda pouca

2 energia para ser produzido. Essas fibras podem substituir as fibras de vidro em numerosos domínios, ou permite alcançar novos mercados (1). A partir dessa ideia, criaremos um novo compósito sanduíche de poliamida 11 e fibra de juta. O trabalho consistirá em encontrar o melhor método de junção entre o PA 11 e a fibra de juta. A pré-impregnação da malha de juta pelo PA 11 será igualmente estudada. Ao final, os compósitos criados terão suas características comparadas mecanicamente com as do polímero solo. MATERIAIS E MÉTODOS Os grãos de poliamida 11, cujo ponto de fusão é de aproximadamente 190 C, foram previamente secos em estufa durante 4 horas à 105 C, depois extrudados em filmes de diversas espessuras e moldados por injeção em corpos de prova normalizados para ensaios de tração e flexão. O primeiro método visando realizar as termoprensagens, e o segundo obter as características mecânicas do polímero para fins de comparação. Para a fibra pré-impregnada, visada em adquirir uma massa de 100 e 300% de polímero em relação à sua massa inicial, os grãos de PA 11 foram dissolvidos em uma mistura solvente de ácido fórmico e diclorometano, em uma razão volumétrica de solvente de 1/3 respectivamente. Para adquirir uma massa de PA 11 de 100% de sua massa inicial, ensaios e interpolações foram realizados afim de chegar à uma concentração de PA 11 no solvente de 0,167 g/ml em um béquer fechado sob aquecimento de 60 C. Para a massa adquirida de 300%, a concentração de polímero a ser dissolvida no solvente foi de 0,375 g/ml, com aquecimento à 90 C. Ambos foram posteriormente deixados secar sob uma grelha, de modo a deixar os solventes se evaporarem de ambas as faces da fibra. As fibras foram cortadas ao mesmo tamanho dos filmes extrudados e secas junto às placas de PA 11 à 105 C durante 4 horas, de modo à serem colocadas em um molde 15x15 cm, e na termoprensa, sob um certo tempo, pressão e temperatura, amolece os filmes que se adere à fibra. Diversos parâmetros de tempo, pressão e temperatura foram estudados. Ensaios adicionais de caracterização da fibra de juta, impacto Charpy, dureza de superfície Shore D, DSC e ATG foram também realizados. RESULTADOS E DISCUSSÃO Com os procedimentos realizados, notou-se diversos fatores que influenciavam diretamente o

3 sucesso da realização do compósito. Dentre eles, a notável necessidade de sempre secar o polímero sempre antes da sua transformação (moldagem por injeção, extrusão, termoprensagem), o manuseio de solventes a altas temperaturas (90 C) se mostrou bastante perigoso, a fibra sofreu deformação quando em contato com o ácido fórmico do solvente, e a fibra com massa adquirida de 300% se tornou difícil de impregnar e mais ainda de deixá-la plana. Nas junções acontecidas em termoprensa, após diversos ensaios, a temperatura foi fixada em aproximadamente 155 C no molde, diversas pressões (reais) de 0,9 a 1,9 MPa foram aplicadas, e com tempos que variaram de 10 segundos à 4 minutos. Os melhores resultados para essa série de ensaios, que a fibra utilizada era a não impregnada, que foram os nomeados de 12T à 17T foram testados mecanicamente quanto à tração e flexão, e os dois resultados que aparentaram serem os mais promissores, o 14T e 16T, foram refeitos com os mesmos parâmetros, porém com a fibra de juta pré-impregnada, agora nomeados 14TI e 16TI. A Tabela 1 apresenta os parâmetros utilizados para a criação dos compósitos, e a Figura 1 apresenta seus respectivos valores obtidos, evidenciando na mesma cor os ensaios 14T, 14TI e R1T, que foram realizados com os mesmos parâmetros, este último, nomeado R1T foi uma referência, dois filmes de PA 11 termoprensados sem nenhuma fibra de juta entre eles. Também como antes na mesma cor os compósitos 16T e 16TI. Tabela 1: Características de produção dos compósitos Corpo Temperatura de do Molde Prova Pressão Tempo C MPa min 12T 156 0,9 1,5 13T 156 0,9 2 14T 158 1,2 1 15T 155 1,9 1 16T 157 1,9 2 17T 158 1,9 3 14TI 156 1,2 1 16TI 152/158 1,9 2 R1T 155/156 1,2 1

4 Figura 1: Propriedades Mecânicas Médias dos Compósitos

5 Enfim, após comparar os resultados, o compósito sanduíche proveniente do ensaio 14T que pareceu ser o mais promissor em termos mecânicos. Ele é mais resistente que o PA 11 injetado, em tração e flexão, mas apresenta igualmente uma melhor resistência mecânica em uma solicitação em flexão que a referência R1T. Somente a deformação à tensão máxima em tração se encontra reduzida nesse caso. Tais resultados merecem ser confirmados no futuro afim de melhor identificar o tipo de aplicação prevista para esse compósito. CONCLUSÕES Os resultados alcançados mostraram que o PA 11 deve sempre ser secado antes de qualquer transformação, que também apresentou temperaturas de manipulação entre fases rígidas e flexíveis bastante estreitas. A fibra de juta foi um tecido fácil de manipular e fácil de encontrar à baixo custo. A pré-impregnação permitiu de melhorar a qualidade da interface entre a fibra e o polímero, porém, a custo de utilização de solventes tóxicos, sob temperatura elevada, de utilização difícil em escala industrial. Também pode-se dizer que a utilização de solventes torna o projeto menos respeitoso do meio ambiente. A termoprensagem por sua vez, mostrou-se um bom método para criar os compósitos afim de os caracterizar, mas não ideal para uma escala industrial por ser descontínuo. Os compósitos criados mostraram diversas características, porém, o compósito 14T permitiu uma melhora das propriedades do PA 11 injetado, se destacando também entre os outros compósitos e também à referência. De modo geral, os compósitos criados a partir de fibra de juta pré-impregnada não aumentou significativamente suas propriedades mecânicas, mostrando que em uma indústria, um trabalho sobre a malha de juta não impregnada será privilegiado. O projeto então, é promissor à perspectiva dos primeiros resultados obtidos, porém ainda

6 restariam alguns ensaios restante a fazer, como observação ao microscópio óptico dos corpos de prova quebrados, medida da densidade, taxa mássica de fibra no compósito. Além de trabalhos complementares como tratamentos químicos da superfície da fibra, fundir completamente o polímero na sua transformação na termoprensa, utilização de um agente de acoplamento, medida da condutividade térmica e até mesmo a comparação desses compósitos com outros compósitos de origem renovável existentes. REFERÊNCIAS 1. CARMA Centre d Animation Régional en Matériaux Avancés. Glossaire des Matériaux Composites Renforcés de Fibres d Origine Renouvelable. dez DOAN, Thi Thu Loan. Investigation on Jute Fibers and their Composites Based On Polypropylene and Epoxy Matrices. Technischen Universität Dresden. Tese (Doutorado). Dresde, 2006.

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