ISSN C. I. Campos, F. A. R. Lahr

Transcrição

1 ISSN Revista Matéria, v. 9, n. 1, pp , Estudo Comparativo dos Resultados de Ensaio de Tração Perpendicular para MDF Produzido em Laboratório com Fibras de Pinus e de Eucalipto Utilizando Uréia-Formaldeído. C. I. Campos, F. A. R. Lahr Universidade de São Paulo. Escola de Engenharia de São Carlos. Departamento de Engenharia de Estruturas. Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeira,. Av. Trabalhador Sãocarlense, 400. São Carlos / São Paulo. cic@sc.usp.br RESUMO O uso de painéis de madeira tem se tornado cada vez mais popular e este segmento do mercado tem crescente competitividade. O MDF Medium Density Fiberboard, ou seja, a chapa de fibra de média densidade, em particular, vem sendo empregado em diferentes áreas como a construção civil, fabricação de móveis e indústria de embalagens.. Este trabalho apresenta a produção de MDF a partir de matéria-prima alternativa, isto é, empregando fibras de Pinus e Eucalipto e resina com três diferentes teores de uréia-formaldeído. Foram realizados ensaios mecânicos para determinar a Adesão Interna (AI) a partir do ensaio de Tração Perpendicular às fibras (EN 319/1993). Em seguida, efetuada comparação entre os resultados do MDF produzido em laboratório usando fibras de Pinus e de Eucalipto. Finalmente, os resultados são comparados e discutidos com valores característicos propostos pela Euro MDF Board. Palavras-chaves: MDF, painéis de madeira, ensaios mecânicos, fibras de madeira. ABSTRACT The use of wooden panels has become progressively popular and this market segment increasingly competitive. MDF Medium Density Fiberboard, is widely employed for variety of applications including civil construction, furniture and packaging. This article presents the fabrication of MDF using alternative raw-materials, such as Pinus and Eucalyptus fibers and resins with three different contents of urea formalcheido. Mechanical tests were performed to determine the Internal Adherence by conducting tensile tests (EN 319/1993) in which the charge was applyed perpendicular to the fibers. Results from the laboratory fabricated MDF s using Pinus and Eucalyptus fibers were compared and analysed taking into account the characteristic values proposed by the Euro MDF Board. Keywords: MDF, wood panels, mechanical tests, wood fibers. 1. INTRODUÇÃO Os produtos derivados de madeira são uma proposta interessante na ampliação dos materiais a serem empregadas na indústria da construção civil, moveleira e outras. O Brasil apresenta condições favoráveis para se tornar um importante produtor mundial de painéis de madeira, isto porque possui tecnologia que possibilita o uso de resíduos de processamento da madeira. A produção de painéis à base de madeira é de relevante importância para a economia brasileira, pois possibilita geração de divisas e empregos. Entretanto, para que haja desenvolvimento, é preciso investir em tecnologias voltadas para melhorar a produção de painéis derivados de madeira. Os principais países produtores de painéis de madeira encontram-se na América do Norte e Europa. Estes países são também os principais consumidores. A única exceção é o compensado, onde países do sudeste asiático é destaque. O Brasil tem uma pequena participação, tanto na produção nacional como no mercado internacional. O único destaque é a chapa dura de fibra e, de certa forma, o compensado de madeira tropical. Enquanto alguns produtos de madeira estão em declínio ou crescendo a taxas bastante reduzidas, a produção mundial de painéis vem crescendo a Autor Responsável: C. I. Campos

2 taxas médias superiores a 3% ao ano e, em alguns países, como é o caso do Brasil projeta-se para a próxima década taxas anuais de crescimento acima de 6%, segundo ABIPA [1]. Uma grande parte dos novos investimentos em unidades de produção de painéis está sendo orientada para países emergentes. Em princípio, disponibilidade de matéria-prima e existência de um mercado local, têm sido fatores importantes no processo decisivo para a localização dos novos e substanciais investimentos. O crescimento das indústrias de painéis de madeira, que vêm sendo feitos por empresas nacionais e também por estrangeiras. 2. OBJETIVO O presente trabalho tem como objetivo principal apresentar o desempenho do MDF produzido com adesivo à base de uréia-formaldeído com três diferentes teores de adesivo, sendo estes 8%, 10% e 12%. Mostrando que mesmo reduzindo os teores de adesivo, no caso menor de 8%, as propriedades do material continuam atendendo as especificações normativas (European Code). A partir destas três variações dos teores de adesivo, efetuou-se ensaios de tração perpendicular às fibras (Adesão Interna AI), para o MDF em laboratório, onde pôde-se concluir que em todas as três situações os valores foram sempre superiores ao valor mínimo estabelecido pela norma, mostrando a possibilidade de se reduzir a porcentagem de adesivo empregada, tendo como conseqüência principal, a redução do custo final do produto. 3. MDF Segundo o Forest Products Laboratory [2], a tecnologia utilizada na manufatura do MDF é uma combinação dos processos produtivos a seco das chapas de partículas e processo úmido das chapas duras de fibras. A determinação das propriedades físicas e mecânicas do material tem o objetivo de definir as aplicações mais adequadas do produto. Há diversas normas que estabelecem valores referenciais procurando definir um padrão de qualidade na produção de MDF. A densidade é uma característica física importante, pois permite classificar o painel à base de madeira. Tanto em nível nacional como internacional os painéis de madeira continuarão crescendo em taxas superiores aos demais produtos de madeira. A produção de painéis ainda irá pertencer aos principais produtores atuais por um tempo, mas o crescimento da produção nos países em desenvolvimento será decorrência de uma série de fatores, entre elas a disponibilidade de matéria-prima em quantidade e qualidade adequada, a competitividade resultantes de menores custos operacionais, e a abertura destes novos mercados. O Brasil tem grandes perspectivas de se tornar um grande produtor de painéis. O novo perfil dos painéis reconstituídos no Brasil, representado atualmente pelo MDF e, mais recentemente pelo OSB (Oriented Strand Board), mudarão o perfil de consumo no Brasil. A tendência é ainda a agregação de valores. Painéis revestidos com lâminas e papéis melamínicos, e ainda os pré-cortados vêm sendo obtidos diretamente nas linhas de produção das grandes fábricas de painéis, agregando valor ao produto acabado Características O MDF é um produto homogêneo, uniforme, estável, de superfície plana e lisa que oferece boa trabalhabilidade, alta usinabilidade para encaixar, entalhar, cortar, parafusar, perfurar e moldurar, economia quanto à redução no uso de tintas, tingidores, laca e vernizes, economia no consumo de adesivo por metro quadrado, além de apresentar ótima aceitação para receber revestimentos com diversos acabamentos, conforme Youngquist [3]. É amplamente utilizado pelas indústrias de móveis e gabinetes, pois a solidez e a uniformidade garantem resultados satisfatórios no uso de técnicas convencionais, e também, suas características de resistência mecânica permitem sua utilização até em painéis estruturais, segundo Castro [4]. Resultados obtidos em seu estudo na fabricação de MDF empregando fibras de Eucaliptus saligna mostraram que praticamente todas as propriedades mecânicas dos painéis atenderam as exigências mínimas especificadas no ANS- AHA e no Euro MDF Board. As fibras longas das coníferas além de possuírem coloração clara, muito similar à madeira serrada, possuem a vantagem de ter fibras longas que favorecem a obtenção de produtos com boa resistência mecânica, graças ao bom entrelaçamento entre elas. O comprimento das fibras favorece a estabilidade dimensional do MDF pois com o aumento das ligações entre as fibras decresce a possibilidade de movimentação das mesmas. Dix & Marutzky [5] avaliaram o uso de espécies de madeira de reflorestamento de curta rotação para a produção de MDF. Os autores discutem a conveniência do suprimento de fibras provenientes de material jovem para a produção de chapas de fibras produzidas pelo processo seco. Segundo Groom et al. [6], em decorrência dos resultados da experimentação realizada, foi possível afirmar que as propriedades de resistência de rigidez do MDF estão inversamente relacionadas à resistência das fibras da madeira. Sellers [7], produziram chapas de madeira aglomerada e painéis MDF a partir de Pinus taeda, tanto das partes interna como externa, e em ambos os casos não foram encontrados diferenças significativas no módulo de elasticidade (MOE) e de ruptura (MOR), adesão, inchamento e absorção de água em espessura. No entanto, segundo Pranda [8], MDF produzido com fibras de Eucalipto exigiram maior porcentagem de adesivo para alcançar as mesmas propriedades mecânicas que apresentam MDF produzidos com fibras de Pinus. Entretanto, quanto às propriedades físicas de 30

3 inchamento e absorção MDF produzidos com fibras de Eucalipto com mesmo teor de adesivo do MDF produzido com Pinus apresentou melhores valores. Segundo Guss [9], os resultados obtidos em seu estudo na fabricação de MDF empregando fibras de Eucaliptus saligna mostraram que praticamente todas as propriedades mecânicas dos painéis atenderam as exigências mínimas especificadas no ANS-AHA e no Euro MDF Standards. 4. ADESÃO E ADESIVOS EMPREGADOS NA PRODUÇÃO DE MDF No processo de adesão, o adesivo deve umedecer as fibras. Em seguida, deve fluir de modo controlado durante a prensagem e, finalmente, adquirir forma sólida. Uma ótima ligação requer íntimo contato entre o adesivo e a fibra. Isto é realizado usando pressão e aquecimento, ajustando a viscosidade do adesivo, transferindo fluxo através dos pontos de ligação, enquanto deforma a madeira para conseguir melhor contato na superfície. A adesão ou colagem pode ser entendida como um fenômeno que provê um mecanismo de transferência de tensões entre a madeira e a resina, através de processos moleculares. Essencialmente, um adesivo necessita aderir (ligar-se) à superfície de um sólido, possuir força de coesão adequada. Segundo Watai [10], as principais teorias de adesão podem ser classificadas de uma forma geral em: Teoria mecânica o mecanismo de adesão se daria através de enganchamento ( interlocking ) mecânico. A fluidez e penetração do adesivo em substratos porosos levariam à formação de ganchos fortemente presos ao substrato após solidificação deste. Teoria da difusão de polímeros a adesão se daria através da difusão de segmentos de cadeias de polímeros. As forças de adesão podem ser visualizadas como as mesmas produzidas na adesão mecânica, só que agora em nível molecular. No entanto, as aplicações desta teoria também são limitadas. A mobilidade de longas cadeias de polímeros é bastante restrita, limitando severamente a interpenetração molecular proposta nesta teoria. Teoria de adesão química a adesão se daria através de ligações primárias (iônicas, covalentes, coordenadas e metálicas) e/ou através das forças secundárias intermoleculares (forças de Kaeson, Debye e London). Acredita-se, atualmente, que a adesão na interface, do ponto de vista molecular, deve-se à ação das forças secundárias, com exceção de casos específicos. A adesão ocasionada por forças secundárias intermoleculares é também conhecida por Adesão Específica. Independente das teorias envolvidas na adesão pode-se dizer que o desenvolvimento de uma boa colagem depende essencialmente de três requisitos: adequado umedecimento proporcionado pelo adesivo líquido; solidificação do adesivo líquido; suficiente capacidade de modificação da forma por parte do adesivo já solidificado. Durante o processo de colagem pode-se atribuir ao adesivo as seguintes funções de movimento e mobilidade: a) Fluidez refere-se ao escoamento da massa líquida do adesivo no plano da superfície do substrato; b) Transferência refere-se ao movimento pelo qual o adesivo se transfere para o substrato; c) Penetração movimento do adesivo no sentido de penetrar a estrutura capilar e porosa do substrato; d) Umedecimento movimento do adesivo no sentido de recobrir a estrutura submicroscópica do substrato, adquirindo maior proximidade e contato molecular; e) Solidificação movimentos envolvidos na mudança do estado líquido, incluindo a migração/evaporação do solvente, orientação molecular, polimerização e cross-linking. Conforme a teoria química da adesão, as ligações ou colagens resultam das atrações químicas e elétricas entre o adesivo e o substrato, quando se consegue suficiente proximidade entre suas estruturas atômicas e moleculares Características e propriedades da madeira que afetam os mecanismos de adesão e colagem A formação de uma colagem adequada e seu desempenho dependem de uma série de parâmetros relacionados às características físico-químicas do adesivo, características do substrato (material a ser colado), procedimentos de colagem e as condições da matéria-prima a ser utilizada. Segundo Kollman [11], algumas das principais características da madeira que afetam a adesão e colagem estão apresentadas de forma detalhada a seguir. 31

4 Variabilidade as maiores variações acontecem entre espécies, sendo que algumas delas apresentam maior facilidade de colagem que outras. A natureza biológica da madeira causa adicionalmente amplas variações entre árvores de uma mesma espécie, e mesmo no material de uma mesma árvore. Esta variabilidade atinge uma série de propriedades (peso específico, textura, permeabilidade, etc), que por sua vez são definidas no processo de adesão e na performance da colagem. Densidade colagens feitas em madeiras de densidade mais alta degradam-se mais rapidamente do que as efetuadas em madeiras de mais baixa densidade. Madeiras mais densas, normalmente possuem maior resistência mecânica. A densidade da espécie está diretamente relacionada com a sua porosidade e permeabilidade, influenciando assim o grau de rugosidade e as funções de mobilidade, fatores determinantes na formação da ligação adesivo-substrato. Porosidade e permeabilidade o tamanho, a disposição e a freqüência de cavidades celulares e poros na estrutura da madeira afetam diretamente a penetração do adesivo. As interações da porosidade e permeabilidade com a migração do solvente também interferem na viscosidade da resina, afetando suas funções de mobilidade, o que acarreta mudanças na qualidade da colagem, ocorrendo mais ou menos vazios. Capacidade tampão e ph a maior parte das espécies de madeira apresenta ph ácido. As variações de ph e a capacidade tampão afetam diretamente a cura e a solidificação do adesivo, uma vez que estes processos ocorrem somente em faixas relativamente estreitas de ph. Conteúdo de umidade na colagem com os tradicionais adesivos sintéticos à base de uréia, melamina, fenol e resorcinol, é imprescindível que a madeira seja previamente seca até teores de umidade normalmente entre 5% e 20%. Teores de umidade mais altos podem ocasionar formação de bolhas Adesivos O uso de adesivos pelo homem têm registros de mais de dois mil anos antes de Cristo. Informações dizem que os egípcios foram um dos primeiros povos a usarem adesivos. Eles empregavam a goma arábica retirada de essências florestais e, resinas de algumas árvores, bem como do ovo e da borracha. Uma cola feita com pasta de farinha foi usada para confeccionar os primeiros papiros compostos por lâminas finas, justapostas e coladas. Até o início do século XX ocorreu pouca evolução no estudo dos adesivos. Até a primeira guerra mundial, o predomínio acontecia por parte dos adesivos à base de proteínas animais. Após a Primeira Guerra começaram a surgir novos tipos de adesivos com características de serem empregados à temperatura ambiente e com certa resistência à água. Esses adesivos são empregados até hoje em vários países, na colagem de peças estruturais de madeira para uso interno. Também foram criados adesivos à base de albumina sangüínea com elevada resistência à ação da água, porém com cura a quente. Por volta de 1930, começou a ser empregada em escala industrial a primeira resina sintética à base de fenolformaldeído. Nesta mesma época também começou a ser empregado o adesivo à base de uréia-formaldeído, na produção de móveis e madeira compensada para uso interno. Este adesivo à base de uréia apresentava pouca resistência à água quando comparado às resinas fenólicas, entretanto, a cura era processada em temperatura mais baixa e menor custo. Após a Segunda Guerra Mundial, novos adesivos foram desenvolvidos, podendo destacar o resorcinolformaldeído, com custo maior que os citados anteriormente, porém com cura à temperatura ambiente e maior resistência à água. Também surgiram os primeiros adesivos poliuretanos e as emulsões de acetato de polivinila começaram a substituir adesivos à base de proteína animal. Segundo Mantilla Carrasco [12], foi o estudo de química das macromoléculas com melhores características quanto ao seu desempenho como adesivo, que possibilitou grande expansão das indústrias de adesivos à base de resinas vinílicas, poliéster, poliuretanas, entre outras e as aplicações de colagem com várias finalidades. Butterfield et al. [13], comentam que, durante a redução da espessura de um colchão de fibras, estas se orientam, preferencialmente, no sentido horizontal ao plano do painel, resultando em uma considerável pressão das fibras, umas sobre as outras, provocando amplo contato entre as paredes destas fibras e a resina. Com o surgimento dos adesivos sintéticos foi notório que estes impulsionaram a indústria de painéis à base de madeira. A partir de 1930, a disponibilidade de resinas líquidas, à base de uréia-formaldeído e fenol-formaldeído, permitiu a fabricação de painéis de melhores qualidades. Os principais adesivos empregados na fabricação de painéis à base de madeira são os adesivos sintéticos, destacando-se o fenol-formaldeído, o resorcinol-formaldeído, a uréia-formaldeído e a melamina-formaldeído. Estas quatro resinas compõem, aproximadamente, 90% de todas as resinas adesivas em painéis de madeira, sendo todas elas derivados de combustíveis fósseis. O fenol e o resorcinol são derivados do benzeno, que é sintetizado a óleo, e a uréia, a melamina e o formaldeído são todos derivados do petróleo. Apresentam como principais propriedades sua resistência à umidade e imunidade ao ataque de microorganismos. Devido a estas propriedades, essas resinas são amplamente empregadas na indústria madeireira. Os adesivos sintéticos geralmente são classificados de acordo com sua termoestabilidade, Koch et al. [14]. Um adesivo termo-estável pode ser definido como aquele que possui capacidade de se solidificar através de reações químicas ativadas por calor ou catalisadores, resultando em uma colagem resistente a umidade e calor. Um 32

5 adesivo termo-plástico é aquele capaz de ser, repentinamente, amolecido por aquecimento e endurecido por resfriamento. A classe dos adesivos termoestáveis é representada, principalmente, pelas resinas de origem fenólica Classificação dos adesivos Os adesivos podem ser classificados a partir de diferentes parâmetros como: origem dos componentes primários, temperatura de cura, resistência à umidade, composição química, entre outros. Neste trabalho, a classificação será feita a partir da composição química do adesivo, podendo os mesmos serem inorgânicos ou orgânicos. * Adesivos inorgânicos Dentre os adesivos inorgânicos mais comuns podem ser destacados os que são à base de silicatos, produzindo ligações com elevada resistência mecânica, sendo difícil a diferenciação entre o adesivo e o cimento. Nos adesivos inorgânicos a ligação acontece pela desidratação do solvente dos adesivos. Os cimentos são formados através de reações químicas. * Adesivos orgânicos Em geral, costuma-se dividir os adesivos orgânicos em dois grupos: sintéticos e naturais. Os adesivos orgânicos sintéticos são os mais empregados pela indústria madeireira devido à sua grande resistência à água e, por não permitir ação de microrganismos. Os adesivos sintéticos são classificados em termofixos e termoplásticos. Termofixos adesivos que endurecem por meio de reações químicas ativadas pela temperatura ou catalisadores. São resistentes a umidade e ao calor. Dentre os principais adesivos podemos destacar: fenolformaldeído, uréia-formaldeído, resorcinol formaldeído e os poliuretanos. Termoplásticos apresentam como característica principal a sua cura reversível. Podem ser difundidos ou amolecidos quando é aumentada a temperatura, tornando a solidificar ao serem resfriados. São usados como solução ou em dispersão em água. Os adesivos naturais são obtidos de proteínas animais e vegetais, tanino, celulose, gomas naturais e amidos, entre outros Adesivos empregados na fabricação de MDF O emprego de adesivos sob pressão e temperatura permite a fabricação de chapas com larguras muitas vezes superiores ao diâmetro da árvore que fornece a matéria-prima. A fabricação de painéis à base de madeira, além de praticamente eliminar as limitações de tamanho, permite o aumento da resistência lateral (eixo transversal), através da disposição das lâminas na fabricação do compensado, ou através da orientação das fibras e partículas na produção de chapas de fibra e chapas de madeira aglomerada, contribuindo significativamente para diminuir os efeitos da anisotropia da madeira. Para a fabricação do MDF, as resinas naturais existentes na madeira não são suficientes para agregar as fibras. Então, passa a ser necessário adicionar algum tipo de elemento ligante. A adesão entre as fibras da madeira e o adesivo, depende de interação físico-química. Os adesivos realizam três fases distintas durante o processo de ligação. Inicialmente o adesivo deve umedecer as fibras; em seguida, deve fluir de modo controlado durante a prensagem e, finalmente, adquirir forma sólida. Se ocorrerem falhas em algumas destas etapas, certamente a qualidade da colagem será afetada. Uma ótima ligação requer íntimo contato entre o adesivo e a fibra. Isto é realizado usando pressão e temperatura, ajustando também a viscosidade do adesivo, transferindo o fluxo através dos pontos de ligação, enquanto, acomoda-se a madeira para conseguir melhor contato na superfície. Os principais adesivos que empregados na produção de MDF são: uréia-formaldeído e melamina-formaldeído. Os adesivos à base de uréia-formaldeído podem ser formulados para curar à temperatura ambiente (20ºC) ou para aquecimento através de prensas quentes a temperaturas que variam até 160ºC. O uso de extensores à base de farinha de cereais, juntamente com a resina, realiza colagens perfeitas. A farinha e o excesso de cola retardam a velocidade de cura da cola e, para compensar este fenômeno, adiciona-se à mistura um catalisador. Existem vários tipos de catalisadores adaptáveis às condições específicas do emprego. Para prensagem a frio existe um tipo, enquanto para prensagem à quente utiliza-se outro tipo de catalisador. O adesivo uréia-formaldeído apresenta coloração clara. Possui como desvantagem à liberação de formaldeído na prensagem a quente, e vem sendo muito combatido por órgão de controle ambiental, porque o formaldeído é altamente tóxico. Já os adesivos à base de melamina-formaldeído são normalmente do tipo de cura à quente (115ºC a 160ºC), similar à uréia-formaldeído. A emissão de formaldeído é causada pelo excesso de formaldeído liberado pelos adesivos. A liberação ocorre pela quebra das ligações na resina devido a grande exposição à umidade. Devido aos processos de produção, o custo da resina melamina é bem mais alto que a resina de uréia. Basicamente, as reações de condensação da uréia e da melamina são iguais. Também a reação melamina-formaldeído, interrompe-se por meio de neutralização quando os produtos de condensação ainda estão suficientemente solúveis em água. 33

6 As resinas melamínicas são comercializadas sob a forma de pó, porque em soluções aquosas a sua vida útil é curta. A cura, ao contrário das resinas uréia-formaldeído, pode ser efetuada sem catalisadores ácidos, mas simplesmente através do calor. Possui algumas vantagens como: maior resistência à água, possibilidade de cura sem catalisador. E como desvantagens: alto custo de produção, pequena vida útil em solução aquosa e impossibilidade de prensagem a frio. 5. PROCESSO DE PRODUÇÃO DO MDF A seguir estão apresentadas as etapas de produção das chapas de MDF, segundo Forest Products Laboratory [2]. Descascamento operação comum do fluxo operacional das indústrias de produtos à base de madeira. À obtenção de fibras, o tamanho da tora não influencia, podendo apresentar dimensões mais limitadas; Fragmentação após o descascamento, as toras passam por uma operação de fragmentação, onde são gerados cavacos, ou partículas, a partir de picadores; Classificação dos cavacos a forma final do cavaco é menos influente na qualidade final do produto, uma vez que os mesmos serão transformados em fibras. No processo produtivo, não é possível obter cavacos de tamanhos uniformes. Com esta irregularidade dimensional dos cavacos, os maiores são separados por baterias de peneiras, e em seguida, retornam ao picador; Armazenamentos de cavacos são armazenados em silos com volume equivalente a 24 horas de operação. Como na maioria das vezes os cavacos ficam expostos à atmosfera, antes do processamento é feita uma seleção por peneiras, seguida de lavagem; Tratamento de cavacos nesta etapa os cavacos são amolecidos para facilitar a operação do desfibrador na formação da polpa, reduzindo seu consumo energético. A lignina presente nas camadas intercelulares é amolecida, perdendo sua capacidade de retenção de fibras, o que resulta numa polpa de fibras mais resistentes e flexíveis, formando chapas mais rígidas; Desfibramento as fibras podem ser obtidas por desfibradores mecânicos ou por meio de técnicas de aumentos de pressão, que é um método menos utilizado. Nos desfibradores, os cavacos são introduzidos e, por força centrífuga, são lançados para a periferia dos discos; Mistura de resina adicionada a resina, o catalisador e, em alguns casos, certos aditivos, e mistura-se a matériaprima. As resinas mais utilizadas são à base de uréia-formaldeído, melanina-uréia-formaldeído e taninoformaldeído; Secagem das fibras o elevado teor de umidade das fibras acarreta uma série de problemas quando a manta é formada e prensada a quente. Os secadores aplicados na manufatura do MDF são simples, caracterizados por um duto em cujo interior flui ar seco e quente; Armazenamento das fibras o silo de fibras, tem a função de acumular um volume adequado de fibras para a formação das mantas (entrelaçamento), sem que ocorra uma provável interrupção em função de distúrbios na linha de fluxo das fibras; Entrelaçamento das fibras colchão a seco formado a partir de uma suspensão das fibras ao ar. O sistema formador da manta tem um bico de oscilação lateral que descarrega as fibras sobre uma cinta porosa de avanço contínuo, cujo fundo é dotado de um sistema de sucção que mantêm as fibras unidas. A altura do colchão é delimitada por um cilindro dentado acoplado a um tubo seccionador de fibra excedente; Seccionamento o sistema de seccionamento muda conforme o tipo de linha de formação, que é o conjunto de equipamentos cujas operações dão a forma final ao MDF. Quando o processo de secagem é intermitente, a manta é cortada por lâminas circulares não-dentadas e, em seguida, encaminhada às operações de pré-prensagem e prensagem a quente; Prensagem a pré-prensagem evita possíveis desmanchamentos e deslizamentos das fibras da manta durante a prensagem a quente. Para cada sistema de prensagem, existe um tipo de linha de formação. A injeção do vapor durante a prensagem permite um aquecimento quase instantâneo da manta, resultando numa cura mais eficiente da resina, permitindo a manufatura das chapas de elevadas espessuras; Resfriamento é efetuado para evitar variações dimensionais da chapa após o aquecimento. Normalmente, são resfriadas à temperatura ambiente, protegidas das intempéries, onde o tempo depende do tipo de linha de formação utilizada; Corte, lixamento e revestimento o corte é feito procurando estabelecer a medidas dos painéis de MDF, conforme padrões estabelecidos. O lixamento está diretamente relacionado à preparação da superfície das chapas, para acabamentos finais; 34

7 A seqüência apresentada na Figura 1, ilustra o processo de produção de fabricação do MDF, apresentado por CASTRO [4]. Figura 1 Processo de produção industrial do MDF. Fonte: CASTRO (2000). 6. MATERIAIS E MÉTODOS 6.1. Matéria-prima Madeira de Pinus Pinus hondurensis, proveniente da Fazenda Monte Alegre, de propriedade da DURATEX S.A., na cidade de Agudos, Estado de São Paulo. Madeira de Eucalipto Eucalyptus grandis, proveniente da Fazenda do Horto, de propriedade da DURATEX S.A., na cidade de Jarinú, Estado de São Paulo. Esta espécie utilizada foi de sugestão de engenheiros e pesquisadores dos laboratórios da DURATEX, pelo fato da espécie já ter apresentado em trabalhos anteriores bons resultados na produção das chapas de fibra dura. Adesivos O adesivo empregado neste período de trabalho foi à resina à base de uréia-formaldeído. Algumas das especificações desta resina empregada à base de uréia-formaldeído são: baixa emissão de formaldeído e ausência de extensor. A resina utilizada apresentou como especificações: teor de sólidos de 66%, ph entre 8 e 9, massa específica média de 1,29 g/cm 3. Sendo necessário para esta resina o uso de um catalisador de cura, neste caso utilizado o cloreto de sódio comercial, com teor de sólidos de 20%, na dosagem de 2,5% de sólidos de catalisador, em relação ao teor de sólidos da resina. Além da emulsão de parafina comercial com teor de sólidos em torno de 60%. 35

8 6.2. Produção de painéis CAMPOS, C.I., LAHR, F.A.R., Revista Matéria, v. 9, n. 1, pp , Para a produção de MDF em escala de laboratório, foram considerados lotes de fibras de 1500 g e com teor de umidade em torno de 3%, após serem pesados, foram depositados em uma encoladeira. A encoladeira possui abertura superior, composta por três pás, que permitiram a homogeneização do material. A encoladeira foi acionada por um motor que atinge rotação em torno de 120 rpm. As fibras foram depositadas pela parte superior. Fechada a encoladora, o motor foi acionado, as pás rotacionaram e, então, adicionou-se à cola pronta. Após a encolagem, as fibras foram transferidas para um outro recipiente, desagregando-se os grumos. Em seguida, o material pesado de acordo com a densidade desejada, foi depositado em uma caixa formadora. Esta caixa foi apoiada sobre uma chapa metálica e as fibras foram distribuídas manualmente, de forma uniforme. Após a deposição das fibras, o colchão foi compactado, aplicando-se uma força de aproximadamente 800 N em uma pré-prensa, correspondendo à etapa de pré-prensagem, onde não ocorre transferência de calor. O objetivo da pré-prensagem foi reduzir o volume do colchão que foi colocado na prensa. Concluída a pré-prensagem, iniciou-se a prensagem propriamente dita, em uma prensa hidráulica, dotada de aquecimento elétrico com temperatura em torno de 160ºC. A pressão aplicada atendeu ao ciclo de prensagem, variando a pressão de 0 a 3 MPa, conforme apresentado por Neves [15]. A espessura da chapa foi determinada por limitadores de espessura de 1 cm, para este trabalho. Terminada a prensagem, as chapas foram resfriadas em temperatura ambiente e, posteriormente, foram retirados corposde-prova para o ensaio proposto. Os corpos-de-prova foram condicionados em câmara climatizada à temperatura de 20ºC e umidade relativa de 65% até atingirem peso constante. Posteriormente, foram destinados à realização dos ensaios físicos e mecânicos. Algumas etapas na preparação das chapas e fabricação das mesmas em seqüência, Figura 2. Figura 2 Seqüência do processo de produção das chapas de fibra em laboratório Ensaio de Tração Perpendicular (EN 319) O ensaio de tração perpendicular tem o objetivo de definir a adesão interna em um corpo-de-prova, conforme especificações da norma européia (European Code), que descreve as amostras com dimensões de mm de aresta. Os lados dos corpos-de-prova são colocados em suportes metálicos, que por tração são colocados em direções opostas, de modo que o mesmo se rompa. A Equação 1 foi utilizada para o cálculo da adesão interna. 36

9 AI CAMPOS, C.I., LAHR, F.A.R., Revista Matéria, v. 9, n. 1, pp , F max (1) a b Onde: AI = adesão interna (MPa) F max = força máxima (kgf) a = comprimentos do corpo-de-prova (m) b = largura do corpo-de-prova (m) Para o ensaio de tração perpendicular os corpos-de-prova foram colados na direção paralela ao metal, com adesivo hot melt. Esta colagem ocorreu em temperatura superior a 140 o C, em suportes de metal de dimensões nominais 10 cm x 5 cm x 1 cm. Durante o aquecimento das placas metálicas, aplicou-se o adesivo e foram sobrepostos os corpos-de-prova. Em seguida, resfriou-se a chapa metálica para que se procedesse a cura do adesivo. Repetiu-se este procedimento e, a segunda chapa metálica, com o corpo-de-prova, foi colocada em ângulo reto à primeira, para adaptação no dispositivo para o ensaio de tração perpendicular. Após a montagem, os corpos-de-prova foram levados à máquina de ensaio Dartec, para execução do ensaio, Figura 3. Figura 3 Equipamentos utilizados no ensaio de tração perpendicular, baseado na EN 319 (2003). 37

10 7. RESULTADOS E DISCUSSÕES CAMPOS, C.I., LAHR, F.A.R., Revista Matéria, v. 9, n. 1, pp , A seguir são apresentados os resultados do ensaio de tração perpendicular (adesão interna) realizados em laboratório, Tabela 1, para MDF produzidos com fibras de Pinus e fibras de Eucalipto. Estes resultados são comparados aos valores estabelecidos pela Norma Européia EN 319 [16], Tabela 2. Tabela 1 - Valores de adesão interna para MDF produzido com fibras de Pinus e fibras de Eucalipto com três teores de adesivo (8%, 10% e 12%). AI (MPa) Pinus AI (MPa) Eucalipto Nº CP 8% 10% 12% 8% 10% 12% CP 1 0,62 0,75 0,81 0,67 0,83 0,85 CP 2 0,60 0,78 0,84 0,66 0,79 0,82 CP 3 0,61 0,81 0,85 0,65 0,80 0,86 CP 4 0,63 0,83 0,86 0,67 0,80 0,81 CP 5 0,62 0,80 0,83 0,71 0,83 0,80 CP 6 0,67 0,81 0,83 0,67 0,85 0,83 CP 7 0,67 0,79 0,84 0,73 0,83 0,84 CP 8 0,65 0,82 0,87 0,67 0,86 0,87 CP 9 0,60 0,83 0,83 0,66 0,85 0,85 CP 10 0,66 0,82 0,86 0,70 0,84 0,86 CP 11 0,67 0,84 0,85 0,67 0,86 0,85 CP 12 0,66 0,82 0,84 0,65 0,85 0,86 Média 0,64 0,81 0,84 0,68 0,82 0,84 Desvio Padrão 0,03 0,03 0,02 0,02 0,02 0,02 Tabela 2 Valores de adesão interna para MDF propostos pela EN 319 e comparados com os valores médios com três teores de adesivo obtidos para MDF produzido em laboratório (8%, 10% e 12%)> AI (MPa) Pinus AI (MPa) Eucalipto EN 319 / % 10% 12% 8% 10% 12% Sem contato água Com contato água Média 0,64 0,81 0,84 0,68 0,82 0,84 0,60 0,80 Desvio 0,03 0,03 0,02 0,02 0,02 0, O ensaio de tração perpendicular para determinar os valores de adesão interna (AI) especificados pela Norma Européia EN 319, admite AI de 0,60 MPa para o MDF sem contacto com a água e 0,80 MPa para MDF em contacto com água, para painéis com espessura entre 9 e 12 mm. Os painéis com fibras de Pinus e fibras de Eucalipto com 8% só 38

11 podem ser empregado para usos em que o material não tem contato com a água. Já os painéis tanto de Pinus como de Eucalipto com 10% e 12% de adesivo podem ser usados em situações em que haja contato com a água. 8. CONCLUSÕES Neste estudo pôde-se concluir que para situações em que o MDF não terá contato com água, por exemplo, camas, armários, guarda-roupas, as chapas de fibras de Pinus e as chapas com fibras de Eucalipto com 8% de adesivo podem ser empregados. Agora, os painéis com fibras de Pinus e fibras de Eucalipto com 10% e 12% de adesivo podem ser empregados em ambientes úmidos e até em contato direto com a água. Uma proposta para continuação da pesquisa é reduzir os teores de resina e, verificar se ainda assim o material continuará atendendo as especificações normativas. Além disso, é importante destacar que o uso de espécies como o Eucalipto, surgem como proposta interessante com novas espécies de madeira a serem empregadas pelas indústrias, pois estas têm conseguido apresentar resultados bastante satisfatórios, sem comprometer as propriedades físico-mecânicas dos painéis. Cabe salientar que a necessidade de novas espécies de madeira para a produção de painéis é de fundamental importância, pois estima-se que já na próxima década há grande risco de ocorrer falta de florestas de Pinus no Brasil, em especial na região Sul do país. 9. AGRADECIMENTOS Agradecemos a FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) pelo apoio e financiamento para o desenvolvimento do trabalho. Ao LaMEM / SET / EESC USP / São Carlos, pela disponibilidade para o uso do laboratório e dos equipamentos.também agradecemos a DURATEX S.A. pela doação das fibras de madeira. 10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1]. ABIPA Dados apresentados pela Associação Brasileira da Indústria de Painéis de Madeira, [2]. FOREST PRODUCT LABORATORY. Wood handbook: wood as an engineering product. Washington DC, U.S. Dept. of Agriculture, 466p, [3]. YOUNGQUIST, J. A. Wood-based composites The panel and building components of the future. Proceedings. IUFRO, Canada, p.5-2, [4]. CASTRO, E. M. Processo de produção mecânica de MDF. Dissertação de Mestrado. Interunidades em Ciência e Engenharia de Materiais. São Carlos, [5]. DIX, B.; MARUTZKY, R. (1997). Use of wood from short-rolation plantations (1). (II). Holz Zentrablatt. v. 123, n.9, p Abstract in CAB Abstracts em CD-ROM. [6]. GROOM, L.H.; MOTT, L.; SHALER, S.M.; PESACRETA, T. (1997). Effect of fiber surface and mechanical properties on the stiffness and strength of medium density fiberboard. In: International Association of Wood Anatomists / International Union of Forestry Research Organizations, Westport, New Zealand. Proceedings. p [7]. SELLERS, T. Jr. (2001). Wood adhesive innovations and applications in North America. Forest Journal Products. June [8]. PRANDA, J. Painéis de fibra de média densidade feitos de Pinus pinaster e Eucalipto globulus. Área de composição química específica da madeira desfibrada. Drevarsky Vyskum. 2:19-28, 1995.GUSS, L. M. Engineered wood products: The future is bright. Forest Products Journal, Madison, v.45, n. 7/8, p.17-24, [9]. GUSS, L. M. Engineered wood products: The future is bright. Forest Products Journal, Madison, v. 45, n.7/8, p. 17 [10]. WATAI, L.T. Painéis derivados da madeira. São Paulo. ABPM (Associação Brasileira de Painéis de Madeira). n.52, [11]. KOLLMANN, F.F.P.; Kuenzi, E.W.; Stamm, A.J. Principles of wood science and technology. V.2. New York, Springer-Verlag, [12] MANTILLA CARRASCO, E. V. Ligações estruturais de madeira por adesivos. São Carlos, 2v. Dissertação (Mestrado). Escola de Engenharia de São Carlos. Universidade de São Paulo,

12 [13]. BUTTERFIELD, B.; CHAPMAN, K.; CHRISTIEL, L.; DICKSON, A.. Ultra structural characteristics of failures surfaces in medium density fiberboard FPJ, v.42. n.5, p.55-60, [14]. KOCH, G.S., KLAREICH, F., EXSTRUM, B. (1987). Adhesives for the composite wood panel industry. Editora Noyes Data Corporation. New Jersey. U.S.A. [15]. NEVES, J. M.; Celulose e papel Tecnologia de fabricação da pasta celulósica. Volume 1. Cap. VII Polpação de alto rendimento e semiquímica. SENAI / IPT São Paulo, [16]. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. European Standard EN 319- Particleboards and Fiberboards Determination of internal adhesion. Bruxelas: