23º CBECiMat - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais 04 a 08 de Novembro de 2018, Foz do Iguaçu, PR, Brasil

Transcrição

1 ADIÇÃO DE RESÍDUO DE MADEIRA EM MATRIZ POLIÉSTER REFORÇADA POR TECIDO DE FIBRA DE JUTA J. M. S. de Figueiredo, Universidade Federal do Pará R. Augusto Corrêa, 1,Guamá, Belém - PA, , jullyane.figueiredo17@gmail.com C. T. N. M. Branco, Universidade Federal do Pará G. M. Nascimento, Universidade Federal do Pará J. S. Andrade, Universidade Federal do Pará F. S. de Sousa, Universidade Federal do Pará I. S. Gomes, Universidade Federal do Pará I. H. Okabe, Universidade Federal do Pará R. T. Fujiyama, Universidade Federal do Pará RESUMO O presente trabalho destina-se a produção e caracterização de compósitos naturais híbridos de resíduo na forma de pó e cavaco com reforço de juta e matriz polimérica de poliéster. Os resíduos utilizados no presente estudo foram resíduos de madeira sucupira em forma de cavaco e resíduos de madeira jatobá em forma de pó. O processo de fabricação dos compósitos consistiu no processo de hand lay up. Em seguida, as dimensões dos corpos de prova foram determinadas a partir da norma 1895

2 ASTM D3039. Por fim, foi realizada uma caracterização mecânica dos compósitos fabricados. Para o compósito de Sucupira, foi observado que a tensão de ruptura e deslocamento foram inferiores aos resultados da matriz pura, entretanto, seu módulo de elasticidade apresentou resultado superior a matriz pura, indicando que o material seja mais rígido. O compósito de jatobá apresentou excelentes resultados quando comparados à matriz pura, viabilizando-o para futuras aplicações. O trabalho proporcionou a fabricação de compósitos de baixo custo e impacto ambiental, viabilizando o reaproveitamento proposto dos resíduos. Palavras-chave: Resíduo de madeira, fibra natural, resina poliéster, compósito natural. INTRODUÇÃO O uso de materiais compósitos vem crescendo desde a década de oitenta, especificamente em carcaças de automóveis e estruturas de aviões. O crescente investimento neste tipo de material ocorre devido vantagem de se obter numerosas propriedades mecânicas em um material. Ultimamente, a indústria tem feito grande uso desses insumos pois seu desempenho tem se mostrado bastante satisfatório. Atualmente, tornou-se conveniente estudar a disponibilização de matéria-prima renováveis na região amazônica, buscando formas de aproveitar resíduos que são descartados. Uma das formas de aplicar esses resíduos seria tornando-os reforços para os materiais compósitos. Diante do que foi exposto, o presente trabalho destina-se a produção e caracterização de compósitos naturais híbridos de resíduo na forma de pó e cavaco com reforço de juta e matriz polimérica de poliéster. A fibra de juta confere boas propriedades a mistura como boa aderência e resistência. Os resíduos utilizados no presente estudo foram resíduos de madeira sucupira em forma de cavaco e resíduos de madeira jatobá em forma de pó. 1896

3 MATERIAIS E MÉTODOS Matriz Polimérica O polímero aplicado foi a resina poliéster insaturada terefitálica pré-aceleração em conjunto com o catalisador peróxido de MEK (Butanox M 50), nas proporções de 0,33% (v,v). Madeira de Sucupira O resíduo de madeira sucupira (Bowdichia nitida) é facilmente encontrado em todo o país, o mesmo pode apresentar a forma de cavaco, com um aspecto grosseiro em função do processo de corte. A Sucupira usada no processo de fabricação que será descrito está em forma de pó, proveniente do resíduo gerado por madeireiras, descartados no fim do seu procedimento. Figura 1 - Resíduo de Sucupira utilizado. Madeira de Jatobá Este tipo de madeira é encontrado em quase todas as matas nativas do País. A espécie Hymenaea stilbocarpa Hayne, ocorre desde o estado do Piauí até o Paraná e a espécie Hymenaea courbaril L. é mais comum na Amazônia. Figura 2 - Resíduo de Jatobá utilizado. 1897

4 Fibra de Juta A fibra de Juta utilizada neste trabalho possui formato de tecido e sua aquisição foi em estabelecimentos locais na cidade de Belém, com propósito de fabricação de cortes menores com dimensão de 28 cm x 32 cm, resultando nas placas finais. Método de Fabricação Resíduo de Sucupira Com Fibra de Juta O compósito foi produzido pelo processo de laminação manual, este consiste em seis etapas principais, sendo elas: preparo do resíduo e resina; preparo das bases de madeira para montagem das placas com dimensões 12cm x 18cm; construção das cascas (tecido de fibra de Juta revestido com resina poliéster curada sob efeito de catalisador; tempo de cura; corte e preparo dos corpos de prova. Inicialmente, foram determinadas as quantidades de resina e catalisador para a montagem das cascas e fabricação do recheio, constituído da mistura de resíduo de madeira e resina poliéster em processo de cura sob efeito de catalisador. A primeira etapa consiste na preparação das bases de madeira com dimensões 36cm x 41cm, estas bases foram usadas no procedimento de montagem das placas e posteriormente processo de cura em prensa hidráulica. As placas foram revestidas por uma folha fina de plástico transparente afixada por uma fita adesiva, com a finalidade de impossibilitar o contato direto entre o compósito e a madeira. As placas foram dimensionadas com o propósito de comportar em seu centro o tecido de juta. Figura 3 Preparação das bases de madeira. 1898

5 A próxima etapa consiste na preparação de cascas do compósito sanduiche. A quantidade de resina determinada para esta etapa foi de 258g, destas, uma certa quantidade foi despejada na estrutura de madeira de modo que o tecido de juta disposto sobre a resina em um dos suportes seja completamente revestido. Adiante, o remanescente da resina é despejado sobre o tecido de forma que as duas cascas sejam preenchidas uniformemente na parte inferior e superior. Este processo é finalizado com o tempo de cura de 24 horas no qual as cascas são submetidas. A necessidade do tempo de cura ser respeitado está justificado com o fato de que o mesmo impede que a placa sanduiche expulse resina quando submetida à pressão na prensa hidráulica e facilite a propagação do recheio sobre elas. Figura 4 - Etapas da preparação das bases de madeira. A terceira etapa consiste na produção do recheio. Os resíduos de sucupira foram misturados junto com a nova resina sobre a placa de tecido de juta, nas seguintes quantidades: 110,8g de resíduo de madeira sucupira, 240,5 de resina poliéster e 1,07 de catalisador. A quantidade de resíduo usada foi determinada de acordo com a porção que a resina poderia suportar, considerando a maior fração mássica possível. Na tabela 1 estão expostas as quantidades adotadas no resíduo e sua fração mássica: Tabela 1 Quantidade de Resíduo e Fração Mássica Resíduo Quantidade de Resíduo Fração Mássica do Recheio Sucupira 240,5g 31,40g O resíduo foi aquecido em formo micro-ondas, com o propósito de eliminar remanescentes de umidade que poderiam dificultar o processo de cura da placa ou 1899

6 maleficiar o desempenho final do processo. Posteriormente, foi feita a produção do recheio, realizando a mistura do resíduo a resina poliéster. Na próxima etapa ocorre a unificação recheio-cascas para formação da lamina de compósito hibrido. Para isso, a mistura de recheio foi despejada sobre as cascas até que ficassem com um aspecto uniforme, a este processo é dado o nome de espalhamento duplo. Houve a necessidade do uso de pregos com o objetivo de demarcar o centro e as bordas da placa. As superfícies de maior contato dos pregos foram cerradas para não impedir a união das duas placas. O procedimento foi imposto para que na etapa da prensa hidráulica o recheio não fosse expulso do conjunto. Figura 5 Pregos dispostos sobre a placa. Após o processo de laminação ser finalizado, a placa foi posicionada sobre pressão de uma tonelada em prensa hidráulica até o processo de cura com cinco horas de duração, aproximadamente. Figura 6 e 7 união das duas bases de madeira e a aplicação da pressão de uma tonelada, respectivamente. 1900

7 O desmolde da placa das bases de madeira foi realizado somente no dia seguinte, marcando o fim do processo de fabricação total. A figura a seguir mostra o resultado final da placa. Figura 8 Placa após o processo de fabricação. Resíduo de Madeira Jatobá Com Fibra de Juta O método de fabricação para este compósito foi semelhante ao descrito anteriormente, a diferença consiste no resíduo de madeira utilizado, neste caso, resíduo de madeira Jatobá. As etapas principais são mantidas e seu desmolde foi realizado no dia seguinte, finalizando o processo de fabricação. Figura 9 Foto do corpo de prova após o processo de fabricação. Preparo dos corpos de provas Foi deixado um intervalo de uma semana entre o processo de produção das placas e o processo de corte dos corpos de prova, de acordo com a norma determinada ASTM D Este intervalo foi de suma importância, pois os processos 1901

8 de corte e lixamento causam aumento de temperatura na superfície de contato podendo causar deterioração do corpo de prova caso a resina não esteja devidamente curada. Figura 10 Medidas do corpo de prova conforme a Norma ASTM D Foram demarcadas três partes sobre o comprimento útil do corpo de prova para delimitar o local onde é feita a colagem do Tab. A lixa utilizada como Tab foi a de 120 mm, e após ocorrer a secagem da cola, os corpos de prova estão prontos para a realização dos ensaios. Figura 9 - Corpo de prova para o ensaio. Ensaio de tração Os corpos de prova foram ensaiados na máquina de teste universal, KRATON, com célula de carga de 5kN, foram obtidas as propriedades mecânicas como módulo de elasticidade e tensão de ruptura. Figura 11- Ensaio de tração feito nos corpos de provas de madeira sucupira e jatobá, respectivamente. 1902

9 RESULTADOS E DISCUSSÃO Resíduo de Sucupira Com Fibra de Juta A tabela a seguir ilustra a força máxima, tensão correspondente a força máxima, deslocamento e o módulo de elasticidade do compósito reforçado por resíduo de sucupira. Tabela 2 Propriedades mecânicas do compósito. Força (N) Tensão de ruptura (MPa) Deslocamento (mm) Módulo de elasticidade (MPa) Média 1467,3 23,48 4,00 833,11 Desv. Pad. 74,55 1,19 0,43 238,06 Matriz Pura ,69 6,24 508,10 Como pode ser observada na tabela 2, a força máxima aplicada no compósito é maior do que o compósito de matriz pura, isto deve-se ao fato de a área do compósito reforçado com resíduo ser maior quando comparada a área do compósito de matriz pura. Por outro lado a tensão de ruptura e o descolamento são inferiores aos valores da matriz pura. O módulo de elasticidade do compósito reforçado é maior quando comparado ao de matriz pura, o que faz com que o material seja mais rígido. Resíduo de Madeira Jatobá Com Fibra de Juta Na tabela a seguir estão mostrados os resultados da caracterização mecânica do referente compósito. Tabela 3 Propriedades mecânicas do compósito reforçado com Jatobá. Força (N) Tensão de ruptura (MPa) Deslocamento (mm) Módulo de elasticidade (MPa) Média 2541,2 40,66 5, ,63 Desv. Pad. 29,47 0,47 0,25 13,65 Matriz Pura ,69 6,24 508,

10 O compósito reforçado por resíduo de Jatobá apresentou excelentes resultados quando comparados à matriz pura, podendo ser utilizado como reforço do material compósito. CONCLUSÃO O compósito reforçado com madeira Sucupira perdeu algumas propriedades com a adição do resíduo, mas também em ganho quando comparados ao compósito puro. O compósito em questão mostrou-se aplicável para regiões de poucas solicitações mecânicas. Com relação ao compósito reforçado por resíduo de Jatobá, foi observado que a adição do reforço ocasionou um aumento de resistência a atração. Este trabalho deu origem a materiais compósitos com resultados satisfatórios, baixo impacto ambiental e baixo custo. REFERÊNCIAS RODRIGUES, J. S. Comportamento mecânico de material compósito de matriz poliéster reforçado por sistema híbrido fibras naturais e resíduos da indústria madeireira p. Dissertação - Programa de Pós- graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Pará. Belém, GAY, D; HOA, S. V; TSAI, S. W. Composite Materials: Design and Application. New York CRC Press ASTM-D3039-D3039M Standard test method for tensile properties of polymer matrix composite materials, West Conshohocken, PA, RODRIGUES, JEAN. Estudo da técnica de infusão de resina aplicada à fabricação de compósitos de matriz poliéster reforçados por fibras naturais da amazônia f. Tese. Universidade Federal do Pará, Belém,

11 ADDITION OF WOOD WASTE IN MATRIX POLYESTER REINFORCED BY JUAN FIBER FABRIC ABSTRACT This work aims to the production and characterization of hybrid natural composites of residues in the form of powder and chip with jute reinforcement and polyester polymer matrix. The residues used in the present study were wood chip sucupira residues and jatobá wood residues in the form of powder. The composite manufacturing process consisted of the hand lay up process. Then, the dimensions of the specimens were determined from ASTM D3039. Finally, a mechanical characterization of the fabricated composites was performed. For the Sucupira composite, it was observed that the rupture and displacement tensions were lower than the pure matrix results, however, its modulus of elasticity presented a better result than pure matrix, indicating that the material is more rigid. The composite of jatobá presented excellent results when compared to the pure matrix, making it feasible for future applications. The work provided the production of low cost and environmental impact composites, allowing the proposed reuse of waste. Keywords: Wood residue, natural fiber, polyester resin, natural composite. 1905