PROPRIEDADES MECÂNICAS DE COMPÓSITOS DE POLIETILENO DE BAIXA DENSIDADE REFORÇADO COM FIBRA DA PALMEIRA REAL AUSTRALIANA

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1 PROPRIEDADES MECÂNICAS DE COMPÓSITOS DE POLIETILENO DE BAIXA DENSIDADE REFORÇADO COM FIBRA DA PALMEIRA REAL AUSTRALIANA 1 J. R. Guedes; 1 W. M. Florentino; 1 L. M. Rodrigues; 1,2 C. Santos; 1,2 D. R. Mulinari 1 Centro Universitário de Volta Redonda/UniFOA, Av. Erlei Alves Abrantes 285 Três Poços Volta Redonda/RJ 2 Faculdade de Tecnologia/FAT/UERJ, Rodovia Presidente Dutra km 298 Polo Industrial Resende/RJ dmulinari@hotmail.com RESUMO Nesse trabalho foram estudadas as propriedades mecânicas dos compósitos de polietileno de baixa densidade (PEBD) reforçados com fibra da palmeira real australiana. Estas fibras foram misturadas com a matriz polimérica (PEBD) em um misturador de alta velocidade, em que as fibras foram responsáveis por 5-20% em peso na composição. Após a mistura os compósitos foram secos, moídos e injetados de acordo com ASTM D-6110 e ASTM D-790 especificações. Os corpos de prova foram testados em tensão, impacto, flexão e dureza Shore. Os resultados mostram que a adição de fibra à matriz polimérica apresentou melhora nas propriedades mecânicas quanto comparadas ao polímero puro. Palavras-chave: Fibras da palmeira, polietileno de baixa densidade, propriedades mecânicas. INTRODUÇÃO Recentemente fibras naturais têm atraído muitos pesquisadores como materiais de reforço biodegradáveis que substituem as fibras sintéticas para

2 novos compósitos (REIS et al, 2014; MARA, et al, 2014). As fibras naturais estão emergindo devido ao seu baixo custo e baixa (IBRAHIMA et al, 2014; JEENCHAM et al, 2014). Estas fibras renováveis são úteis tanto em termoplásticos como em termofixos (SHUKOR et al, 2014). A produção de compósitos termoplásticos com fibras naturais apresenta um potencial econômico importante, com aplicações em diversos campos. As aplicações para estes produtos incluem construção e materiais de construção, tais como portas e janelas, decks, bem como os painéis das portas, painéis e forros na indústria automobilística (CÉLINO et al, 2014). No entanto, um problema importante para o uso da fibra como reforço é uma adesão entre as fibras naturais e a matriz. A fim de melhorar essa interação entre fibra / matriz, vários tratamentos químicos podem ser aplicados sobre a superfície das fibras (EL-SABBAGH, 2014; ARAUJO et al, 2014). No presente trabalho não foi utilizado nenhum tratamento ou agente de acoplamento para melhorar a adesão entre a fibra/ matriz. As fibras de palmeira foram misturadas à matriz polimérica (PEBD) em um misturador de alta velocidade, onde as fibras foram responsáveis por 5-20mm% na composição para avaliar as propriedades mecânicas. MATERIAIS E MÉTODOS Para a confecção dos compósitos foram utilizadas fibras da palmeira real australiana e polietileno de baixa densidade (PEBD). A fibra utilizada no projeto foi fornecida pela Biosolvit, localizada em Barra Mansa RJ. Primeiramente as fibras foram cortadas, secas em estufa a 60 o C até peso constante, em seguida foram peneiradas em uma peneira de 10, 20 e 40 mesh. Caracterização As micrografias foram obtidas com um microscópio eletrônico de varredura JEOL, a fim de se obter informação sobre a morfologia das fibras. Para avaliar a estrutura química das fibras foi realizada a análise de

3 espectroscopia de infravermelho. As análises foram realizadas espectrofotômetro spectrun GX cm -1 com 64 scans. Preparação do compósito Os compósitos foram obtidos em um homogeneizador para plásticos. Inicialmente o reforço e a matriz foram secos em estufas a 50 ºC por cerca de 2 h. Após mistura o material foi moído em moinho granulador e injetado em molde contendo cavidades com dimensões específicas para ensaios mecânicos, utilizando uma injetora RAY RAM. A Tabela 1 evidencia os compósitos obtidos com diferentes proporções de fibras. Tabela 1. Descrição dos compósitos Amostras Quantidade de PEBD (% m/m) Quantidade de reforço (% m/m) Quantidade de Agente (% m/m) LDPE CP5% CP10% CP15% CP20% CP compósitos reforçados com fibras da palmeira in natura. Os testes de impacto foram determinados usando uma máquina Pantec (modelo PS30). Cinco amostras foram analisadas, com dimensões de acordo com o padrão ASTM D 6110, onde foram avaliadas a energia absorvida e a resistência ao impacto. Os ensaios de flexão foram analisados em uma máquina de ensaios EMIC (modelo DL2000), com uma célula de carga de 5 kn e uma velocidade de ensaio de 1,4 mm/min, de acordo com a ASTM D 790. Nos ensaios de tração também foi uma máquina de ensaio EMIC, com uma célula de carga de 5 kn. Cinco amostras foram analisadas com dimensões em acordo com a norma ASTM D Nos testes de dureza Shore A (ASTM D 2240) foi utilizado um Durômetro modelo MITUTOYO HARDMAC. O ponto de medição foi pressionado sobre a amostra por 10 segundos, em cinco pontos aleatórios do material.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO As micrografias das fibras da palmeira in natura evidenciaram fragmentos achatados e cilíndricos dispostos de forma ordenada, os quais apresentam uma superfície porosa e homogênea devido à presença dos extrativos, assemelhando-se a uma cera (Fig. 1). (a) (b) Figura 1. MEV da fibra de palmeira em seção transversal (a) e longitudinal (b). Os espectros obtidos na região do infravermelho das fibras da palmeira possibilitam observar as principais vibrações (Fig. 2). Figura 2. FTIR das fibras da palmeira in natura.

5 Analisando os espectros das fibras foi possível identificar uma banda próxima a 2885 cm -1, característica do estiramento simétrico de ligações C-H presentes em polissacarídeos e característica de espectros lignocelulósicos; uma banda em torno de 1737 cm -1 referente ao estiramento de ligações C=O de grupos acetil éster ou carboxílicos, indicando um decréscimo de hemicelulose quando comparado a outras fibras; e picos entre cm -1, os quais são atribuídos a ligações C-O de alcoóis e relacionam-se com a molécula de celulose. A Tabela 2 apresenta os valores obtidos dos ensaios mecânicos dos compósitos e do PEBD puro. Amostras Resistência ao Impacto (kj/m 2 ) Tabela 2. Propriedade mecânica dos compósitos. Dureza Shore A Limite de resistência à flexão (MPa) Módulo de Elasticidade (MPa) Limite de resistência à tração (MPa) Módulo de Elasticidade (MPa) Alongamento (%) PEBD 84,5 95 7,8 0,47 132,8 2,04 7,8 0,12 52,15 1,1 70 1,4 CP5% 76,0 89,4 7,54 1,08 CP10% 107,2 99,4 CP15% 56,8 93,5 CP20% 67,7 95,8 26,46 1,23 15,92 1,88 10,54 0,96 165,4 19,68 7,6 0,25 69,3 0, , ,53 7,9 0, ,5 68,8 1,3 573,8 177,2 7,9 0,19 68,9 1,2 65,5 1, ,34 17,6 0,68 300,3 11,4 26,0 1,09 Analisando os dados da Tabela 2 observou-se que a inserção de fibra na matriz de PEBD resultou em um aumento da rigidez, bem como a dureza e a resistência ao impacto. Este aumento nas propriedades mecânicas pode ser explicado pela boa interação fibra / matriz. A Fig. 3 mostra a adesão entre fibra/matriz, onde foi verificada certa uniformidade de distribuição das fibras na matriz.

6 Figura 3. MEV da superfície de fratura dos compósitos CP10% (100x). CONCLUSÃO Conclui-se que com a adição de fibras da palmeira na matriz de PEBD obteve-se um material com até 20% menos polímero e com propriedades mecânicas viáveis para determinadas aplicações do PEBD, em que o custo e o módulo elástico são mais importantes que a ductilidade. Para solicitação mecânica onde exija maior módulo de elasticidade os compósitos de PEBD reforçado com 10% m/m de fibras é o ideal. REFERÊNCIAS REIS, J. M. L., MOTTA, E. P., Comportamento mecânico de piaçava reforçado com polímero de mamona. 2014, Compósitos Estruturas, 111, ARRAKHIZ, F.Z., EL ACHABY, M., MALHA, M., BENSALAH, M.O., FASSI- FEHRI, O., BOUHFID, R., BENMOUSSA, K., QAISS, A., Mechanical and thermal properties of natural fibers reinforced polymer composites: Doum/low density polyethylene. 2013, Materials and Design, 43, SHALWAN, A., B.F. YOUSIF, B. F., Investigation on interfacial adhesion of date palm/epoxy using fragmentation technique. 2014, Materials and

7 Design, 53, MARA, V., HAGHANI, R., HARRYSON, P., Bridge decks of fibre reinforced polymer (FRP): A sustainable solution. 2014, Construction and Building Materials, 50, IBRAHIMA, H., FARAG, M., MEGAHED, M., MEHANNY, S., Characteristics of starch-based biodegradable composites reinforced with date palm and flax fibers. 2014, Carbohydrate Polymers, 101, DU, Y., WU, T., YAN, N., KORTSCHOT, M. T., FARNOOD, R., Fabrication and characterization of fully biodegradable natural fiber-reinforced poly(lactic acid) composites. 2014, Composites: Part B, 56, JEENCHAM, R., SUPPAKARN, N., JARUKUMJORN, K., Effect of flame retardants on flame retardant, mechanical, and thermal properties of sisal fiber/polypropylene composites. 2014, Composites: Part B 56, SHUKOR, F., HASSAN, A., ISLAM, M. S., MOKHTAR, M., HASAN, M., Effect of ammonium polyphosphate on flame retardancy, thermal stability and mechanical properties of alkali treated kenaf fiber filled PLA biocomposites. 2014, Materials and Design, 54, CÉLINO, A., GONÇALVES O., JACQUEMIN, F., FRÉOUR, S., Qualitative and quantitative assessment of water sorption in natural fibres using ATR-FTIR spectroscopy. 2014, Carbohydrate Polymers, 101, EL-SABBAGH, A., Effect of coupling agent on natural fibre in natural fibre/polypropylene composites on mechanical and thermal behaviour. 2014, Composites: Part B, 57, ARAUJO, J. R., MANA, B., TEIXEIRA, G. M., SPINACÉ, M. A. S., DE PAOLI, M. A., Os compósitos de polietileno de alta densidade reforçado com fibras de curauá: mecânico, interfacial e propriedades morfológicas. 2010, Composites Ciência e Tecnologia, 70,

8 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a FAPERJ (Processos E-26/ /2012 e E-26/ /2012) pelo apoio financeiro. MECHANICAL PROPERTIES OF NATURAL FIBERS REINFORCED POLYMER COMPOSITES: PALM/LOW DENSITY POLYETHYLENE ABSTRACT In the work, mechanical properties of palm fibers/low density polyethylene (LDPE) composites were studied. These fibers were mixed with the polymeric matrix (LDPE) in a thermokinetic mixer, in which fibers were responsible for 5-20 wt% in the composition. After the mixture, composites were dried, ground in mill and placed in an injector camera according to ASTM D-6110 and ASTM D-790 specifications. Specimens were tested in tension, impact, flexural and Shore A hardness mode. Results showed the addition fibers in polymeric matrix presented increase mechanical properties when compared to pure polymer. Key-words: Palm Fibers; Low Density Polyethylene; Mechanical Properties.