OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS DE RESINA POLIÉSTER INSATURADA E FIBRAS DE BANANEIRA

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1 OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS DE RESINA POLIÉSTER INSATURADA E FIBRAS DE BANANEIRA Katiusca Wessler* 1, Carina Fogagnolo 2, Marli T. Everling 3, João Chagas Sobral 4, Heloisa P. Bernardo 5 Ana Paula T. Pezzin 6, Palova S. Balzer 7, Maria Inês S. Araújo 8. 1 Aluna de iniciação científica - Departamento de Química Industrial; 2 Aluna de iniciação científica - Departamento de Design; 3 e 4 Prof. MSc. - Departamento de Design; 5 Prof. MSc. - Departamento de Engenharia Produção Mecânica; 6 Prof. Dra. - Departamento de Engenharia Ambiental; 7 Prof. MSc. - Departamento de Química industrial; 8 Prof. MSc. - Departamento de Química Industrial orientadora. RESUMO: O interesse em utilizar fibras naturais como reforços poliméricos vem crescendo rapidamente devido à boa performance mecânica, baixa densidade e custo. Dentre as fibras vegetais, o uso da bananeira é particularmente interessante visto que na região de Joinville, existe um extenso pólo de cultivo de banana. Neste trabalho foram preparados compósitos de resina poliéster insaturada contendo 8% em massa de fibra de bananeira. Foi avaliada a influência do comprimento da fibra e do tipo de tratamento superficial nas propriedades mecânicas de tração e impacto. Para isto foram selecionados dois tamanhos de fibra (10 e 50 mm) e dois tratamentos, imersão em solução aquosa de NaOH e imersão prévia na resina. Os compósitos foram obtidos por vazamento seguido de compressão e posteriormente usinados para confecção dos corpos de prova. Os resultados obtidos indicaram que o tratamento de imersão prévia das fibras na resina não se mostrou eficiente. Os compósitos preparados com fibras tratadas com NaOH apresentaram maior resistência à tração, porém houve um comprometimento da resistência ao impacto. Estudos com outros tamanhos de fibra são necessários para que se possa estabelecer o comprimento ótimo das mesmas. PALAVRAS-CHAVE: compósitos, resina poliéster, fibra de bananeira INTRODUÇÃO Na última década ocorreu um rápido desenvolvimento na área de compósitos reforçados por fibras vegetais, devido às características que tornam seu uso vantajoso, tais como: baixo custo, baixa densidade, alta resistência mecânica e módulo elevado, propriedades estas, comparáveis com a de outros reforços comumente empregados. As fibras vegetais, tais como juta, sisal, coco, abacaxi e bananeira têm sido utilizadas como reforço em matrizes poliméricas (MCLAUGHLIN, 1980) (PRASAD et al., 1983) (MISHRA & NAIK, 1998). Um grande número de estudos vem demonstrando que a adesão das fibras vegetais com a matriz é um fator crítico na melhoria das propriedades mecânicas do

2 material compósito. Soluções para tais problemas ainda estão sendo testadas, mas recaem principalmente na utilização de agentes de acoplamento, em processos de tratamento superficial das fibras e de modificações químicas na resina, melhorando as características da interface fibra/matriz (SANCHEZ et al., 2002). Um dos processos citados na literatura é a mercerização, que consiste em um tratamento com uma solução aquosa de base forte diluída. São realizados também outros tratamentos, tais como: imersão em monômeros, acetilação, utilização de silanos e titanatos. Neste trabalho foram preparados compósitos de resina poliéster insaturada com fibras de bananeira variando-se o comprimento das mesmas e o tratamento superficial. Foi avaliada a influência destas variáveis no perfil de propriedades mecânicas, tração e impacto. METODOLOGIA Extração das fibras As fibras foram extraídas do pseudo-caule da bananeira, do tipo prata, o qual foi dividido em tiras e submetido a um processo de raspagem com facas. Após a extração, as fibras foram secas naturalmente e classificadas em dois tamanhos, 10 e 50 mm, para serem submetidas a tratamentos superficiais. Tratamentos superficiais das fibras Foram realizados dois tipos de tratamento superficial nas fibras. - Tratamento com solução aquosa a 5% de NaOH: as fibras foram imersas em solução por 72 horas, lavadas com vários volumes de água deionizada e neutralizadas com uma solução levemente acidulada de ácido clorídrico. Após o tratamento, as fibras foram secas em estufa por 3h a 100ºC. - Tratamento de imersão na própria resina: as fibras permaneceram imersas na resina a ser utilizada para a obtenção do compósito, por aproximadamente 3h. Obtenção do compósito Os compósitos foram vazados em um molde de vidro de dimensões 300 x 300 x 30 mm. Para elaboração destes, foram utilizadas 500 g de resina poliéster ortoftálica, 2% de iniciador metil etil cetona (MEKP) e 8 % em massa da fibra de bananeira. As fibras foram espalhadas uniformemente e impregnadas com a resina. Utilizou-se um rolete de laminação para eliminar as bolhas de ar formadas e em seguida cobriu-se a superfície com uma placa de silicone, em cima da

3 qual foi colocada uma placa de vidro e um peso de aproximadamente 5 Kg deixando-se curar à temperatura ambiente. A placa de silicone tem por objetivo facilitar a desmoldagem e melhorar o acabamento superficial. Foram preparados compósitos de resina poliéster insaturada com fibras de bananeira, com dois comprimentos de fibra, 10 e 50 mm. Para cada tamanho de fibra selecionado foram realizados os dois tratamentos superficiais já mencionados e para efeito comparativo obteve-se também compósitos com fibras sem tratamento. Caracterização mecânica dos compósitos Os ensaios de caracterização mecânica, tração e impacto, foram realizados em corpos de prova usinados a partir das placas dos compósitos. O ensaio de tração foi realizado segundo a norma ISO 527, em uma máquina universal de ensaios EMIC DL10000 e acessórios com célula de carga de 500 Kg e velocidade de 50 mm min -1. O ensaio de impacto foi realizado segundo a norma ISO 179, em um equipamento EMIC, com um martelo de 0,5 J. Caracterização das fibras A morfologia das fibras sem tratamento e tratadas com a solução de NaOH foram analisadas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV), em um microscópio Zeiss DSM 940 A. RESULTADOS E DISCUSSÃO Caracterização das fibras As micrografias das fibras tratadas e sem tratamento podem ser visualizadas na Figura 1. (a) Figura 1. Fibra com tratamento em solução de NaOH 5% (a) e fibra sem tratamento (b). (b)

4 Pode-se verificar que a superfície da fibra sem tratamento apresenta uma regularidade não esperada para materiais de origem natural. Isto pode ser atribuído ao método de extração da fibra, que inclui uma etapa de raspagem dos resíduos. A fibra tratada apresenta uma superfície mais irregular que possivelmente permitirá uma maior adesão e maior facilidade de dispersão na matriz polimérica. Propriedades Mecânicas Na Tabela 1 encontram-se os resultados obtidos na caracterização mecânica dos compósitos. Tabela 1. Resultados obtidos na caracterização mecânica dos compósitos. Compósitos com fibras de 10mm Compósitos com fibras de 50mm Propriedades Sem Imersão em Imersão em Sem Imersão em Imersão em tratamento NaOH resina tratamento NaOH resina Resistência à 12,02 18,28 8,45 13,33 12,68 7,10 tração (MPa) ( 0,99) ( 1,51) ( 0,78) ( 1,46) ( 0,97) ( 1,83) Alongamento 3,25 3,68 2,32 3,12 2,66 2,43 (%) ( 0,37) ( 0,35) ( 0,33) ( 0,54) ( 0,34) ( 0,36) Resistência ao impacto (KJ/m 2 ) 7,46 ( 0,76) 1,76 ( 0,26) 5,88 ( 2,79) 7,30 ( 2,84) 3,40 ( 1,18) 6,63 ( 3,81) Com relação aos tratamentos efetuados, pode-se constatar a partir dos resultados obtidos que, independente do tamanho das fibras utilizadas, a imersão prévia das fibras na resina poliéster resultou em um decréscimo das propriedades analisadas quando comparadas aos compósitos obtidos com fibras de bananeira tratadas com NaOH e sem tratamento. A maior variação, decréscimo de 88%, ocorreu na resistência à tração, para os compósitos contendo as fibras com comprimento de 50mm. Nos compósitos com fibras de bananeira tratadas com NaOH, em relação a resistência à tração, não foi verificada variação significativa nos compósitos com fibras de 50mm de comprimento. Já os compósitos com fibras de 10mm de comprimento apresentaram um aumento de aproximadamente 52% da resistência à tração. O alongamento

5 verificado nos diferentes compósitos apresentou comportamento semelhante à resistência à tração quanto ao tipo de tratamento efetuado. Segundo a literatura o tratamento das fibras com NaOH é uma das formas de se melhorar a dispersão e a molhabilidade das fibras na resina já que a natureza química distinta entre matriz (hidrofóbica) e carga (hidrofílica) dificulta a adesão entre as mesmas e a consequente melhoria nas propriedades mecânicas. Em relação aos resultados obtidos para a resistência ao impacto esperava-se que este tratamento levasse a um aumento também desta propriedade quando comparado ao compósito sem tratamento das fibras, fato este não observado. Fatores como a heterogeneidade da dispersão das fibras nos corpos de prova e a constatação de bolhas na fratura dos corpos de prova de impacto podem ter corroborado para este comportamento. Conclusão Quanto aos tratamentos efetuados, a imersão prévia das fibras na resina não resultou em compósitos com boas propriedades, enquanto os preparados com fibras tratadas com NaOH apresentaram maior resistência à tração, porém houve um comprometimento da resistência ao impacto. Estudos com outros tamanhos de fibra são necessários para que se possa estabelecer o comprimento ótimo das mesmas. A técnica de preparação dos compósitos requer uma otimização de modo a minimizar a presença de bolhas e heterogeneidades que comprometem os ensaios mecânicos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS McLAUGHLIN, E.C., J. Mater. Sci., 15, 886 (1980) MISHRA, S; NAIK, J.B.; Journal of Applied Polymer Science, 1998, p , v. 68 n. 9. PRASAD, S.V.; PAVITHRAN, C.; ROHATGI, P.K. J. Mater. Sci., J. Mater. Sci., 18, pp (1983). SANCHEZ, E.M.S.; SANCHEZ, C.G.; Anais do Congresso em Ciência dos Materiais do Mercosul, Sulmat 2002, pp , 2002.