CARACTERIZAÇÃO DO COMPÓSITO DE POLIESTIRENO RECICLADO COM PARTÍCULAS DE MADEIRA E AÇO

Transcrição

1 CARACTERIZAÇÃO DO COMPÓSITO DE POLIESTIRENO RECICLADO COM PARTÍCULAS DE MADEIRA E AÇO Resumo O Poliestireno reciclado (PSr) é um termoplástico de temperatura relativamente baixa de processamento, esta característica torna o PSr um termoplástico de grande interesse para aplicações em compósitos com madeira. Neste estudo, foi utilizado PSr na preparação de compósitos termoplásticos com particulados de madeira (PSr/Wj) e reforço de aço. A resistência a flexão do compósito hibrido com 30% em fração mássica de madeira e 13% em fração volumétrica de aço foi doze vezes (12x) superior do compósito PSr/Wj com a mesma fração mássica. Por MEV foi verificado o molhamento da madeira pela resina polimérica não havendo necessidade de acrescentar agente compatibilizante, também apresentou deformação e descolamento do aço ocasionados pela transferência de tensão da matriz para o reforço. Introdução Compósitos naturais e estruturas criadas a partir de plásticos reciclados são muitos interessantes e importantes na engenharia de materiais modernos. A presença de embalagens plásticas pós-consumo no meio ambiente tem representado uma preocupação crescente da sociedade em função do alto volume, consequente descarte e lenta degradação [1]. Materiais ecologicamente corretos, que oferecem alternativas reais de lucro e produtividade para a indústria, já são uma realidade através de tecnologias, iniciativas, programas e incentivos já existentes e devem ocupar cada vez mais espaço na cadeia econômica global [2]. Entretanto, precisam passar de uma alternativa discursiva e secundária para se transformar em prioridade. O motivo para essa tomada de decisão é ao mesmo tempo claro e preocupante. É necessário trabalharmos com produtos que, ao longo de todo seu ciclo de vida ofereçam benefícios de menor impacto ambiental. A utilização destes materiais tem sido alvo de vários estudos com o objetivo de prolongar o seu ciclo de vida [3]. O trabalho proposto busca aliar a pesquisa na produção de compósito com a necessidade de reduzir significativamente o impacto ambiental através da reciclagem de resíduos sólidos plásticos, utilizando ferramentas simples que 2585

2 minimizem os custos na confecção de piso para eco-catamarã. O critério utilizado na escolha do polímero para a matriz polimérica levou em conta principalmente o fato de obtenção de compósitos ambientalmente corretos, a disponibilidade do material entre os resíduos urbanos, e também o comportamento da facilidade no processo de infiltração polímero/madeira. As caracterizações realizadas neste trabalho foram de extrema importância para desenvolver o piso do eco-catamarã Figura 1. O eco-catamarã foi projetado para remover resíduos sólidos flutuantes dos rios. Figura1- Desenho esquemático do Eco-Catamarã Experimental Materiais Para a confecção das peças moldadas por compressão foram usados os seguintes materiais: Poliestireno reciclado (PSr), particulado de madeira jatobá (Jw), telas de aço soldadas e cargas mineiras. O poliestireno utilizado foram doados por comunidades e pela Universidade Federal do Pará (UFPA), estes por sua vez, após serem coletados foram selecionados pelos integrantes do projeto Eco-Barco. Os copos de PSr em seguida foram lavados em maquinas com hipoclorito em condições normais de temperatura, posteriormente foram secos com o objetivo de retirar a umidade residual do polímero. Depois da secagem os copos de PSr foram triturados no moinho de facas rotativos modelo NFA 1533 marca RONE, para obtenção de fragmentos que foram classificados por fração granulométrica. Os particulados de madeira utilizada para a realização deste trabalho foram doados pela empresa Tradelink Madeiras Ltda. Segundo o doador, a serragem foi obtida após o processamento secundário da madeira do cerne de árvores de Jatobá (Himenaeacourbaril), provenientes de áreas remanejadas no município de Novo Progresso - PA. Este particulado chegou ao laboratório Eco-compósito em formato de serragem, então foi realizada a separação granulométrica dos particulados 2586

3 utilizando peneiras com malhas diferenciadas, dessa separação foram selecionados os particulados com maior quantidade de volume e que apresentassem boas características de processamento para o compósito. Sendo assim, o material selecionado foi o que ficou retido na peneira de mesh 28, ou seja, 0,2589mm de abertura. O aço usado como reforço no compósito são telas soldadas que apresentam uma armadura pré-fabricada, constituída por fios de aço longitudinais e transversais sobrepostos e soldados entre si em todos os pontos de cruzamento, por corrente elétrica, formando malhas quadradas e fio possuindo 1,5mm de diâmetro. Processamento Para que o material fosse moldado por compressão a quente foram realizadas etapas preliminares que são mostradas em resumo pelo fluxograma da Figura 2. Esta mostra as etapas percorridas para chegar a obtenção do compósito. Na primeira etapa foram realizadas as coletas e reciclagem do poliestireno (PSr) e dos particulados de madeiras jatobá (Jw), estes passaram por uma separação granulométrica. PSr foi misturado com os particulados de madeira na proporção de 70/30 respectivamente, e posteriormente essa mistura foi infiltrada a uma temperatura de 190 C, por um tempo de 15min. Na segunda etapa o material infiltrado foi reforçado com tela de aço, além disso, uma nova mistura foi feita entre poliestireno e aditivos para cobri o produto infiltrado e o reforço, estes materiais foram moldados por compressão, e por ultimo esse compósito foi caracterizado. 2587

4 Figura 2. Fluxograma dos procedimentos realizados Moldagem por Compressão a Quente O processamento das placas foi realizado em molde retangular de dimensões de 400 x 400 mm e espessura variando de 4 a 6 mm, de modo a atender as normas utilizadas na caracterização mecânica das amostras processadas. Os materiais foram aquecidos até a temperatura de 170 C, por um tempo de 15min, com carga de 2,5 toneladas. Apósterminado este ciclo o compósito foi resfriado até a prensa atingira temperatura ambiente. Durante todo este processo, a carga foi mantida em 2,5 toneladas. Ensaios mecânicos Tanto os ensaio de flexão como os de tração foram realizados na máquina universal EMICDL2000. A velocidade utilizada para a realização de ensaio de flexão foi de 2,0 mm/min, conforme norma ASTM D 790. O ensaio de tração foi realizado utilizando uma velocidade de 10 mm/min, segundo norma a ASTM D 638.A análise das propriedades de impacto dos compósitos foram analisadas utilizando impacto Charpy, sem entalhe, com pêndulo 300Nm, modelo GUNT HAMBURG WP 410 conforme norma ASTM D-256. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) 2588

5 Para a análise de MEV foi utilizado um microscópio eletrônico de varredura, SHIMADZU, modelo supercan SS-500, com uma tensão de aceleração de 5kV. Os corpos de provas utilizados foram fraturados no ensaio de impacto, sendo que as superfícies não foram recobertas antes das análises. Resultados e Discussão Confecção da placa O PSr com e sem carga/reforço indicaram nível de moldagem satisfatório ao adquirirem a forma do molde sob a temperatura de fusão da resina, obtendo materiais de superfícieplana, sem indícios de degradações e aparentemente sem grandes defeitos como bolhas ou vazios. Aparentemente, compósitos e reciclados de PS não apresentaram marcas de soldagem. A Figura 3, apresenta o aspecto do compósito (PSr/Wj/aço ) obtidos através da moldagem por compressão. Figura 3. Parte da placa produzida por moldagem por compressão a quente. Ensaios mecânicos Em se tratando de produtos com aplicações estruturais, as propriedades mecânicas dos compósitos termoplásticos com madeira são de fundamental importância. Todavia, embora a fibra de madeira apresente módulo de elasticidade em torno de GPa, em se tratando de rigidez, as propriedades mecânicas dos compósitos termoplásticos com partícula de madeira tendem a ser inferiores às da madeira in natur (Correa 2003). A resistência à tração e o modulo de flexão de um composto depende, principalmente, das propriedades em tensão e flexão dos componentes individuais e da magnitude do trabalho de adesão interfacial. Os resultados para a flexão foram melhorados com a presença da madeira e se intensificaram com a adição do aço ao compósito. A Figura 4 apresenta módulos de elasticidades para diferentes composições utilizando o poliestireno como matriz, sendo que o PSr, PSr/Wj, PSr/Wj/aço, foram valores encontrados para este trabalho, 2589

6 enquanto que, o HIPS e PSa, são encontrados em literatura. Borsoi [4] trabalhou com a obtenção e caracterização de compósitos utilizando poliestireno como matriz e resíduos de fibra de algodão da industria têxtil na proporção 80 % PS puro com 20% de algodão sem agente compatibilizante e Ribeiro [5] trabalhou com o HIPS reciclado. Figura 4. Comparativo dos módulos de elasticidades em flexão Tração Quanto ao modulo de elasticidade sobre tração Borsoi [4] encontrou um valor para o módulo de elasticidade superior utilizando a fibra de algodão 20% e o PS puro. Impacto Charpy O ensaio de impacto charpy mostrou o resultado obtido com base na energia que o corpo de prova absorve para deformar e romper. Os resultados comparativos da Figura 5, revela que o compósito apresentou maior resistência ao impacto quando reforçado com o aço, este resultado por exemplo é superior ao encontrado por Costa [6] quando o PS é reforçado por fibra de açaí (SA) na proporção 80 e 20 % respectivamente, Borsoi [4] utilizou Ps puro com resíduos de algodão (PSa) na proporção 80 e 20%, e Ribeiro [5], encontrou um valor para o HIPS reciclado sem adição de SBS muito próximo do PSr. 2590

7 Figura 5. Comparativo das resistências ao impacto dos reciclados de PS. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) Sabendo-se que, uma boa adesão entre a fibra e a resina é pré-requisito para uma boa transferência de tensões nos compósitos, a análise do modo de falha interfacial suportado pelo conhecimento da qualidade da adesão fibra/resina deve ser uma condição essencial para explicar a resistência à tração dos compósitos. Neste trabalho foi possível visualizar o molhamento da fibra celulósica pela resina termoplástica indicando boa interface polímero-madeira, deformação e descolamento do aço ocasionados pela transferência de tensão da matriz para o reforço como mostrado na Figura 6. Figura 6. Microscopia eletrônica de varredura das amostras de PSr com particulado de madeira e aço Conclusão 1. O modulo de elasticidade sobre a flexão foi intensificada na presença do aço 2. Os resultados dos testes de tração evidenciaram a ação positiva do aço na estrutura através do aumento do módulo de elasticidade 3. A resistência ao impacto quando adicionada o aço foi melhorada em 75%. 4. As análises de superfícies fraturadas por microscopia eletrônicade varredura mostrou o molhamento da madeira pela resina polimérica não havendo necessidade de acrescentar agente compatibilizante, também apresentou deformação e descolamento do aço ocasionados pela transferência de tensão da matriz para o reforço. Referências Bibliográficas 2591

8 [1] BONELLI, C.M.C. & MANO, E.B. - Revista Gerenciamento Ambiental, São Paulo, SP, 3, p.48 (2001). [2] MARCOS, A. Poliamidas, poliésteres e termoplásticos elastoméricos: uma perspectiva sustentável na indústria moderna. Polímeros, vol. 22, p , 2012 [3]. BELARBI. A.; SANG-WOOK BAE. S. w.; BRANCACCIO. A, Behavior of full-scale RC T- beams strengthened in shear with externally bonded, FRP sheets, Construction and Building Materials, vol. 32 p , [4] BORSOI, C.; SCIENZA, L. C.; ZATTERA, A. J. Obtenção e caracterização de compósitos utilizando poliestireno como matriz e resíduos de fibra de algodão da industria têxtil. Polímeros, vol. 21, p , [5] RIBEIRO.V. F.; DOMINGUES JR. N.S., RIEGEL. I. C. Estudo da Recuperação das Propriedades de Poliestireno de Alto Impacto (HIPS) através da Incorporação de Borracha Termoplástica Tipo Estireno-Butadieno-Estireno (SBS), Polímeros, vol. 22, n. 2, p , [6] DA COSTA. C. D. P. Seleção de polímeros reciclados para a fabricação de compósitos. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Pará, [7] COLTRO. L.; TEIXEIRA. F. G, Método de Ensaio para Avaliação do Desempenho Físicomecânico de Copos Plásticos Descartáveis, Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 17, p , [8]. ARVID HEJLL. A.; TÄLJSTEN. B.; MOTAVALLI. M, Large scale hybrid FRP composite girders for use in bridge structures theory, test and field application, Composites: vol. 36 p , [9] FROLLINI, E.; LEÃO, A.L.; MATTOSO, L.H.C. Natural polymer and agrofiber based composites. Embrapa instrumentação agropecuária, [10] JANG. J.; LEE. E, Improvement of the flame retardancy of papersludge/ polypropylene composite, Polymer Testing, vol. 20, p. 7 13, [11] ZANIN, M.; DISIDERÁ, C.; LOGAREZZI, A.; CORREA, C, A. Sistematização da extensão do uso de resíduos de serraria e potencialidade de aplicação. [12] CORREA, C.A.; FONSECA, C.P.; NEVES.S. Compósitos Termoplásticos com Madeira, Polímeros. Ciência e Tecnologia, vol. 13, p ,