ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA FIBRA DE JUTA EM COMPOSTOS DE SBR

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1 ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA FIBRA DE JUTA EM COMPOSTOS DE SBR Bruna N. Ramirez 1, Fabíola da S. U. Caleffi 1, Nilson C. Pereira 1 1 Universidade Presbiteriana Mackenzie Rua da Consolação, 936 Engenharia de Materiais Prédio 15 São Paulo SP nilson.pereira@mackenzie.br Resumo: Uma questão de extrema importância na utilização de um material é o conhecimento de sua resistência mecânica, havendo sempre a busca pela otimização dos materiais. Além disso, a preocupação da sociedade para com o Meio Ambiente fomenta pesquisas relacionadas à utilização de materiais de produção ecologicamente sustentável, como é o caso da fibra de juta. O objetivo desta pesquisa foi a caracterização mecânica de materiais compósitos de borracha SBR com fibra de juta. Constatou-se que a adição de fibra de juta à borracha melhora o desempenho mecânico do material, elevando seu módulo de elasticidade. Buscou-se determinar a influência do percentual de fibra de juta na mistura e verificou-se que o aumento da proporção de fibra na massa do compósito proporciona um aumento do módulo de elasticidade do material. Além disso, foi possível verificar também, o comportamento positivo da rigidez do material ao se adicionar fibra de juta quimicamente (processo de mercerização). Analisou-se o comportamento mecânico do compósito de SBR e fibra de juta através dos ensaios de resistência a tração e resistência ao rasgamento. Em ambos os testes, constatou-se aumento da rigidez do material com a adição de fibra. Palavras-chave: borracha SBR, fibra de juta, mercerização. Influence of the jute fibre in composite SBR Abstract: A matter of extreme importance in the use of a material is the knowledge of its mechanical strength, there is always a search for the optimization of materials. In addition, the society s concern for environment promotes research related to the use of ecologically sustainable materials, as is the case of jute fiber. The objective of this research was the mechanical characterization of composite materials SBR rubber with jute fiber. It was found that the addition of jute fiber to rubber improves the mechanical performance of the material, raising its modulus. Was sought to determine the influence of the percentage of jute fiber in the mix and it was found that increasing the proportion of the mass of the fiber composite provides an increase in the modulus of the material. In addition, was founded the positive performance of the stiffness of the material by adding chemically treated jute fiber (mercerization process). Was analyzed the mechanical behavior of composite of SBR and jute fiber through the testing of tensile strength and tear resistance. In both tests, there was increased stiffness of the material with the addition of fiber. Key-words: SBR (Styrene Butadiene Rubbers), jute fiber, composite materials, mercerization. 901

2 Introdução: As fibras de Juta estão entre as fibras naturais celulósicas mais utilizadas no mundo. As plantas de Juta crescem originalmente na Ásia, mais especificamente em Bangladesh, Índia e Tailândia, e alcançam cerca de 2,5 a 3,5 metros. Grande parte da produção é destinada para a indústria têxtil, na elaboração de ensacamentos, cordas e cordéis, apresentando coloração de marrom a creme. As fibras processadas variam desde 5 a 800 milímetros de comprimento. Entre as propriedades da juta, destacam-se a resistência à luz solar, e microrganismos. A borracha SBR é conhecida por suas boas propriedades físicas, como excelente resistência à abrasão, e provêm da polimerização de butadieno e estireno, este último em geral compõe 23% do material [NAGDI, 1993]. Figura 1 - Síntese de SBR Como é característico dos polímeros, compostos de SBR apresentam-se resistentes e duráveis sob ação de intempéries. Há ainda outras propriedades interessantes na borracha SBR, como seu endurecimento quando submetida a altas temperaturas e a não formação de cristais a baixas temperaturas. As fibras, por sua vez, são definidas como unidades de matéria caracterizadas pela flexibilidade, pequena espessura e uma elevada razão entre comprimento e espessura [MORTON, 1975]. Em geral são classificadas em dois grupos principais: fibras naturais e manufaturadas. As fibras naturais são aquelas originadas por um processo da natureza, sendo subdividas em fibras vegetais, animais e minerais. A fibra de juta, que possui origem vegetal, em geral é utilizada para a produção de tecidos de malha grossa dos quais se fabricam sacos de aniagem para armazenagem e transporte de alimentos [MONTEIRO,2006]. Dessa forma, a adição de fibra natural à borracha SBR apresentou-se como uma possibilidade de otimizar a resistência deste material a partir de um recurso renovável. O objetivo desta pesquisa foi estudar a melhora da resistência mecânica do composto de borracha SBR em função da adição de 10 a 30 % de fibra natural de juta e não. A investigação das propriedades da borracha SBR com fibra de juta abrangeu a caracterização do material a partir de ensaios de tração e rasgamento, tornando possível determinar a rigidez do 902

3 material e analisar seu comportamento quando submetido a tensões. A partir das propriedades obtidas, foi possível avaliar a empregabilidade deste material. Experimental: Além da borracha natural, foram utilizados neste trabalho alguns materiais que modificam as propriedades dos compostos de borracha, tais como aceleradores, MBTS e TMTD, ácido esteárico, óxido de zinco, sílica e enxofre. A proporção de cada constituinte da mistura está apresentada na tabela 1. Tabela 1 Concentração dos componentes, no composto de borracha. Componente Quantidade (phr) Amostra SBR 100,00 Ácido Esteárico 2,00 Óxido de Zinco 3,00 Dióxido de Silício 20,00 Negro de fumo 5,00 MBTS 1,00 TMTD 0,50 Enxofre 2,50 Antioxidante 1,00 Os componentes apresentados na tabela 1 foram misturados a partir da utilização de uma calandra de dois rolos. A temperatura dos rolos foi de, aproximadamente, 50ºC. As fibras de juta receberam tratamento em solução de NaOH 10%, as quais foram adicionadas à matriz polimérica nas proporções em massa de 10, 20 e 30%. Os materiais vulcanizados foram ensaiados por ensaios de tração e rasgamento foram em máquina de ensaio universal, segundo as normas ASTM D 648 e ASTM D 624, respectivamente. Resultados e discussão: Os resultados dos ensaios de tração e rasgamento são apresentados nas tabelas 2 e

4 Tabela 2: Resultados dos ensaios de tração E (módulo de elasticidade), σ e (tensão de escoamento), F R (força de ruptura), E R (deformação). E (MPa) e (MPa) F R (N) R (MPa) R (%) SBR sem FJ 10% FJ 10 FJ 1,16 ± 0,22 0,59 ± 0, ± 20,45 6,41 ± 2,32 746,74 ± 116,99 3,12 ± 1,40 2,12 ± 0,08 156,00 ± 23,41 10,28 ± 0, ,21 ± 164,33 9,16 ± 1,14 0,87 ± 0,17 47,35 ± 10,19 3,03 ± 0,74 504,80 ± 183,06 18,15 ± 2,33 ± 0,48 124,05 ± 4,67 7,80 ± 0,40 809,30 ± 98,61 6,84 2,09 ± 0,59 0,52 ± 0,03 41,24 ± 1,02 2,39 ± 0,06 433,05 ± 33,31 7,37 ± 0,69 0,89 ± 0,14 33,65 ± 1,80 2,786 ± 0,20 231,29 ± 36,85 14,20 ± 1,00 ± 0,20 35,98 ± 1,25 2,69 ± 0,28 72,30 ± 18,19 2,65 SBR sem FJ 10% FJ Tabela 3: Resultados dos ensaios de rasgamento. E (módulo de elasticidade), σ e (tensão de escoamento), F R (força de ruptura), E R (deformação). E (MPa) e (MPa) F R (N) R (MPa) R (%) 1,47 ± 0,09 0,34 ± 0,04 85,44 ± 19,38 1,63 ± 0,25 345,27 ± 38,09 2,85 ± 0,65 0,42 ± 0,08 76,52 ± 15,86 1,95 ± 0,46 390,58 ± 280,88 904

5 10 FJ 5,99 ± 1,53 0,62 ± 0,06 91,09 ± 15,72 1,96 ± 0,35 217,18 ± 40,88 11,78 ± 0,74 ± 0,05 94,80 ± 7,37 2,18 ± 0,07 270,93 ± 73,02 1,08 2,11 ± 0,32 0,54 ± 0,04 52,33 ± 1,14 2,45 ± 0,21 326,56 ± 42,02 5,12 ± 0,47 0,78 ± 0,15 46,93 ± 3,39 2,65 ± 0,13 172,91 ± 11,74 9,95 ± 1,56 1,12 ± 0,23 45,10 ± 2,64 2,62 ± 0,07 89,76 ± 19,68 O resultado apresentado nas tabelas indica que a adição de fibras de juta à borracha SBR é vantajosa no que se refere ao aumento do módulo de elasticidade. Os ensaios de rasgamento proporcionaram dados semelhantes aos encontrados através do ensaio de tração, uma vez que o rasgamento corresponde à tração direcionada de um material. A adição de fibra de juta ao composto melhora a resistência ao rasgamento, para as fibras não s, porém, para fibras s a concentração de fibras não influenciou na tensão de ruptura. Os resultados obtidos levaram à hipótese de que não houve uma boa adesão fibra/matriz, mas que será confirmado em trabalhos posteriores de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Conclusões: A adição de fibras de juta aos compostos elastoméricos obtidos proporcionou alterações significativas para os módulos elásticos. A adição de fibras de juta não proporcionou um aumento rigidez do material, confirmando que o tratamento não melhora a adesão fibra/matriz. Para os ensaios de resistência ao rasgamento seguiu a mesma tendência dos ensaios de tração, ou seja, com o aumento da concentração de fibras de juta elevou-se a resistência ao rasgamento. O trabalho mostrou que o tratamento das filbras de juta, por mercerização, não provoca efeito positivo na rigidez, em matriz elastomérica de SBR. 905

6 Tanto para compostos com fibras s, como não s quimicamente, constatou-se elevações na tensão de escoamento, com o aumento concentração de fibras. Agradecimentos: Ao PIBIC/Mackenzie, pela concessão da Bolsa de Iniciação Científica à aluna Bruna Niccoli Referências Bibliográficas Morton, W., Physical propertiers of Textile Fibers. London: Heinemann (1975). M. Martins, Fibra de Sisal: Mercerização, Acetilação e Aplicação em Compósitos de Borracha de Pneu Triturado. Universidade Estadual de Campinas, Nagdi, K., Rubber as na Engineering Material: Guideline for Users. New York, Hanser,