WOOD-CORE PLASTIC: A PRODUÇÃO DE BAIXO CUSTO DE ESTRUTURAS SANDWICH COMO SUBSTITUTOS DO MDF

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1 Encontro Nacional de Materiais e Estruturas Compósitas ECMEC2010 A. J. M. Ferreira (Editor) FEUP, Porto, 2010 WOOD-CORE PLASTIC: A PRODUÇÃO DE BAIXO CUSTO DE ESTRUTURAS SANDWICH COMO SUBSTITUTOS DO MDF P. Cardoso *, N. C. Loureiro, J. L. Esteves * Aluno Finalista da Licenciatura em Engenharia Mecânica Instituto Superior Politécnico Gaya (ISPGaya) Av. dos descobrimentos, 333, V. N. Gaia, Portugal etc051715@ispgaya.pt DesignStudioFEUP, Departamento de Engenharia Mecânica, Faculdade de Engenharia (DeMec - FEUP) Universidade do Porto Rua Dr. Roberto Frias s/n, Porto, Portugal nuno.loureiro@fe.up.pt, jesteves@fe.up.pt Centro de Investigação e Desenvolvimento do ISPGaya (CID_ISPGaya) Instituto Superior e Politécnico de Gaya (ISPGaya) Av. dos descobrimentos, 333, V. N. Gaia, Portugal nloureiro@ispgaya.pt Palavras - Chave: Materiais Compósitos, Caracterização Mecânica, MDF, GFW, WCP, Estruturas Sandwich, Madeira. Resumo. Cada vez mais existe necessidade de cuidar do ambiente. O aumento do efeito estufa provocado pelas elevadas concentrações de Dióxido de Carbono (CO 2 ) origina que o buraco na camada do ozono também se encontre a aumentar. Uma das causas é a diminuição de espaços verdes resultante, em parte, pela utilização irracional dos recursos florestais. O aproveitamento dos resíduos de madeira para a produção de novos produtos tem sido bastante explorada, sendo um dos produtos mais conhecido o MDF (Medium-Density Fiberboard). No entanto a energia necessária para a produção do MDF é elevada contribuindo para o desequilíbrio energético global. Numa parceria FEUP/INEGI foi desenvolvido o GFW (Glass Fibre Wood) com um núcleo de fibra de vidro/epoxy, em alternativa ao MDF folheado com camada exterior de madeira, que embora reduza os gastos de energia apresenta um custo associado às matérias-primas mais elevado.

2 Assim, e aliando a reciclabilidade de polímeros termoplásticos às suas boas características mecânicas, estão a ser desenvolvidos, numa parceria DesignStudioFEUP/ISPGaya estruturas sandwich com núcleo de termoplásticos (polietileno e polipropileno) e camada exterior de madeira. Este novo produto WCP (WOOD CORE PLASTIC) alia o aspecto táctil e visual da madeira, a uma baixa necessidade energética de produção, bem como a uma maior utilização de termoplásticos reciclados, diminuindo assim as quantidades de produtos que anualmente encontram o fim-de-vida em aterros ou incineradoras. Neste artigo iremos caracterizar mecanicamente o WPC, comparando-o com o MDF e o GFW. Iremos também apresentar um estudo de impacto ambiental baseado no método proposto por Yarwood [5]. 1 INTRODUÇÃO Desde sempre o Homem foi ambicioso. Essa ambição levou à exploração dos recursos naturais que o rodeavam. Com a descoberta que o ambiente onde vive é seriamente afectado pelo seu comportamento, desenvolveu preocupações ambientais que o conduziram a necessidade da racionalização da utilização destes recursos. Como forma de preservação e utilização racional da madeira e dos seus derivados o MDF surge naturalmente como um produto inovador. No entanto a sua produção acarreta gastos de energia que, actualmente, podem ser considerados elevados. Por consequência, tentou-se produzir um novo material, também ecológico, mas que reduzisse a necessidade deste bem tão precioso. Surge o GFW (GLASS FIBRE WOOD). Esta tecnologia, desenvolvida na Universidade do Porto, combina as tecnologias de produção dos materiais compósitos com a madeira. Este material revelou-se um marco para a eco-produção, contudo bastante dispendioso, graças ao elevado custo necessário ao seu fabrico. Aplicando o conhecimento obtido no desenvolvimento do GFW, uma parceria DesignStudioFEUP e ISPGAYA, centrou-se na elaboração de uma estrutura mais económica e ecológica, desenvolvendo uma estrutura sandwich que será descrita e caracterizada neste trabalho. 2 GLASS-FIBRE WOOD O GFW é um compósito produzido por RTM (Resin Transfer Moulding). Aproveitando o calor libertado pela reacção exotérmica de cura da resina epoxy, o Poliestireno amolece e liga-se à camada exterior através de ancoragem mecânica e ao núcleo (Rovicore/epoxy) por ligação química originando o laminado esquematizado na figura 1. 2

3 Figura 1: Esquema do GFW [2] 3 WOOD-CORE PLASTIC O WCP é uma estrutura sandwich produzida por prensagem a quente. Esta estrutura é constituída por um núcleo de termoplástico com duas camadas exteriores de madeira como demonstra a figura 2. A fixação da camada exterior de madeira é feita do mesmo modo que no GFW, por ancoragem mecânica. 4 CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA Foi realizada a caracterização mecânica do MDF, GFW e material constituinte do núcleo do WCP (PP e PE), através de ensaios de tracção segundo a norma ISO 527 e de ensaios de flexão segundo a norma ISO Os resultados obtidos encontram-se expressos nos gráficos e tabelas seguintes. Máximo Material Deformação ε DP MDF 0,009 9,0 GFW 0,017 21,0 PE 1,352 73,0 PP 0,365 44,0 Figura 2: Esquema do WCP Rotura Tensão Deformação Tensã (MPa) DP ε DP (MPa) 34,16 2,5 0,009 9,0 34,16 68,09 8,2 0,017 21,0 68,09 20,12 1, ,72 2, Tabela 1: Resultados Experimentais do Teste de Tracção Módulo de Young ão DP (MPa) DP 2, ,2 8, , , ,3 3

4 Ensaio de Tracção Tensão [MPa] ,05 PP PE MDF GFW 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Alongamento (ε) Figura 3: Ensaio de Tracção Estado Limite de Utilização Rotura Material Deformação Tensão Deformação Tensão ε DP 1 (MPa) DP ε DP (MPa) DP MDF ,014 5,3 68,00 4,3 Modulo de Elasticidade (MPa) DP ,3 GFW 0,015 10,7 PE 0,080 4,0 65,67 6,8 0,037 11,9 88,84 4,2 14,88 5, , ,0 PP 0,078 2,8 29,19 1, Tabela 2:Resultados Experimentais do Teste de Flexão 879 6,4 100 Ensaio de Flexão Tensão [MPa] PP MDF PE GFW 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 Alongamento(ε) Figura 4: Ensaio de Flexão 0,12 0,14 1 DP - Desvio Padrão em percentagem 4

5 O estado limite de utilização correspondente à fractura da camada exterior de madeira oferecendo, ainda, o material resistência mecânica suficiente para suportar as cargas instaladas. No caso do PP e do PE o estado limite de utilização corresponde ao valor de tensão máxima instalada no provete. Não são apresentados os resultados para a caracterização mecânica do WCP em virtude do programa de ensaios experimentais ainda estar a decorrer. 5 ÍNDICE AMBIENTAL Foi elaborado um índice ambiental segundo o método proposto por Yarwood [5]. Este método centra a sua análise numa matriz que congrega as várias fases de desenvolvimento, produção e utilização dos produtos bem como o seu fim de vida e simultaneamente o impacto destas fases no ambiente. Esta matriz determina um índice ambiental que quanto mais elevado for menor impacto o material produz. PCW Figura 5:Matriz do DfE de WCP MDF GFW Figura 6:Matriz DfE do MDF (Esquerda) e do GFW (direita) N.D. Não Definido Não possuímos dados suficientes para avaliar este parâmetro. 6 CONCLUSÃO Ambientalmente constata-se que o WCP apresenta o melhor índice ambiental dos três materiais estudados. Estas características devem-se ao facto de, essencialmente, não utilizarmos materiais 5

6 tóxicos na sua concepção, de os gastos energéticos serem significativamente mais baixos e de utilizarmos materiais reciclados. Após análises dos valores obtidos podemos concluir que o GFW apresenta melhores propriedades mecânicas relativamente ao MDF. Isso é visível no aumento da capacidade de tracção. Em termos gerais, com base nos dados já disponíveis, o WCP tende a mostrar-se como uma opção válida ao MDF e GFW em algumas aplicações, apresentando um menor impacto ambiental. 7 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à empresa J.P. Leitão pela cedência do MDF e das folhas de madeira utilizadas. 8 REFERÊNCIAS [1] N.C. Loureiro, J.L. Esteves, «Glass-Fibre Wood: The Composite Materials used to create a new wood laminate», 8 th Global WPC and Natural Fibre Composites Congress and Exhibition, Institute für Werkstoffechnik, Estugarda, Alemanhã, 2010; [2] N.C. Loureiro, J.L. Esteves, «Glass-Fibre Wood: The Composite Materials used in the reduction of wood in the wood laminated industry», ECOWOOD rd International Conferece on Environmentally-compatible forest products Universidade Fernando Pessoa, Porto, Portugal, 2008; [3] A.T. Marques; J. Figueiras; J.L. Esteves; L. Juvandes; A.Ferreira; C. Pereira; N.C. Loureiro; J. Chamon; J.D. Carreira; M. Botelho, «Materiais Compósitos para um mundo sustentável Estado da Arte e desafios», CLME º Congresso Luso-Moçambicano de Engenharia, Maputo, Moçambique, 2008; [4] N.C. Loureiro, «Glass-fibre wood: Uma alternativa ao serviço do Eco-design de Equipamentos em Madeira», Master in Industrial Design Thesis, University of Porto, Faculty of Engineering, 2007; [5] M. Yarwood; P. Eagan, «Design for Environment-toolkit», Minnesota Office of Environmental Assistance, Minnesota, 2003; 6