COMPÓSITO UNIDIRECIONAL DE FIBRA DE CURAUÁ COM RESINA EPÓXI: ESTUDO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS

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1 COMPÓSITO UNIDIRECIONAL DE FIBRA DE CURAUÁ COM RESINA EPÓXI: ESTUDO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS I. G. Rocha, R. Ladchumananandasivam¹, A. O. Galvão¹, M. P. G. Coelho¹ ¹ Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica, Laboratório de Engenharia Têxtil Universidade Federal do Rio Grande do Norte Campus Universitário Lagoa Nova CEP Natal/RN Brasil RESUMO Atualmente se observa uma grande busca por materiais originados de fontes renováveis. As fibras vegetais como reforço para matrizes poliméricas, tem sido uma alternativa para substituir fibras sintéticas, por serem biodegradáveis e de baixo custo. Este trabalho objetiva desenvolver um material compósito de resina epóxi reforçado com fibra de curauá, a fibra nativa do Brasil, são de fácil cultivo que produz fibras de bom desempenho mecânico. As fibras de curauá passaram por um processo de limpeza e foram paralelizadas através de penteagem e cortadas de acordo com o comprimento predefinido. Foram moldados compósitos com fibras de 30cm e com fração volumétrica de 20% de fibra, no Lossy Mould. Para medir o desempenho do material, foram realizados ensaios de tração e compressão. Os compósitos apresentam bom desempenho mecânico em comparação com outras fibras de mesmo gênero. Palavras-chave: fibra natural, curauá, compósito polimérico, resina epóxi. INTRODUÇÃO A crescente preocupação com o meio ambiente vem influenciando no aumento da utilização de produtos naturais. Os impactos ambientais contribuíram fortemente no uso de material derivado de fontes renováveis, e em particular das fibras vegetais. Dentro des- 2876

2 te contexto, a fibra de curauá originário da Amazônia brasileira, tornou-se importante pelo seu desempenho mecânico em relação a outras fibras vegetais. O uso de fibras vegetais como reforço em compósitos poliméricos vem com o objetivo de substituir as fibras sintéticas, a fim de reduzir os problemas com o meio ambiente (1,6). A manufatura de materiais compósitos de alto desempenho é uma crescente necessidade em diversos setores industriais, nos quais se objetiva um ganho em propriedades com redução de peso e custos. (8). Com isso, vem sendo realizados estudados na busca da melhoria do desempenho estrutural dos compósitos com fibras naturais inseridos no mercado como uma alternativa de consumo nas mais diversas aplicações. (2) As fibras de curauá possuem propriedades mecânicas específicas similares às fibras inorgânicas, o que é importante para o seu uso como reforço em compósitos poliméricos, além de ser uma matéria prima de fontes renováveis. (7). Resinas epóxi são muito utilizadas como matrizes poliméricas, pois apresentam excelentes propriedades mecânicas, quando utilizadas fibras como reforço, e algumas características particulares como, boa impregnação, estabilidade dimensional, com comportamento térmico e resistência a abrasão. (8) Com isso, este trabalho objetiva desenvolver um material compósito, com matriz de resina epóxi reforçado com a fibra natural de curauá e avaliar as suas propriedades mecânicas, como resistência a tração e flexão, e a partir do seu desempenho, conferir ao mesmo, aplicações industriais, antes ocupadas apenas por materiais com reforço sintético. MATERIAIS E MÉTODOS Fibra de Curauá A fibra utilizada foi do laboratório químico têxtil/ufrn, as mesmas foram limpas, penteadas e paralelizadas com uma carda manual, e posteriormente cortadas com o comprimento de 35 cm, de acordo com as figuras 1, 2, 3, e 4. Após esse processo, as fibras foram submetidas a um tratamento alcalino (NaOH) a uma concentração de 0,06 mol/l. Esse tratamento serve para remover certa quantidade de ceras e óleos presentes da superfície da fibra, além de aumentar a adesão da fibra com a matriz polimérica. 2877

3 Fig. 1 Fibra Crua Fig. 2 Carda Manual Fig. 3 Fibra Tratada Fig. 4 Fibra penteada e cortada Compósito Os corpos de prova foram confeccionados a partir da quantidade de epóxi e fibra de curauá a fim de alcançar 20% da fração volumétrica de fibras no compósito. Para este estudo, foram produzidos quatro tipos de compósitos, com as suas frações volumétricas variando de acordo como descritos na tabela a seguir: Tab. 1 Composição volumétrica dos compósitos Compósito % Fibra de Curauá % Resina Epóxi % Retardante de Chamas A B C D

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Análise da fibra no Microscópio eletrônico de varredura (MEV) Através das análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV), realizado no Laboratório de Engenharia de Materiais/UFRN, pode se verificar que as fibras de curauá consistem de um feixe de filamentos empacotados pela ação da lignina. Fig. 5 MEV da fibra não tratada Fig. 6 MEV da fibra tratada Ensaio de Tração Este ensaio objetiva determinar a máxima resistência à tração do material, foi realizado no Laboratório de engenharia Mecânica/UFRN, no equipamento de modelo SHIMADZU AG X300KN, de acordo com a norma ASTM D Foram utilizados cinco corpos de prova para cada tipo de compósito e foram obtidos os valores médios para cada compósito de acordo com o gráfico da figura 7, na qual, pode ser observado o comportamento decrescente da resistência à tração com a diminuição do volume de epóxi no material, assim como o aumento da proporção de retardante de chamas, indica uma tendência de comportamento mais frágil do material. 2879

5 Fig. 7 Resistência a Tração Ensaio de Flexão Neste ensaio, são analisadas as tensões internas dos materias na sua fase elástica, foi realizado o ensaio de flexão em três pontos, no Laboratório de engenharia Mecânica/UFRN, no equipamento de modelo SHIMADZU AG X300KN, de acordo com a norma ASTM D Foram utilizados cinco corpos de prova para cada tipo de compósito e foram obtidos os valores médios para cada compósito de acordo com o gráfico da figura 8, onde pode ser observada uma relação direta entre a fração volumétrica da resina e a resistência à flexão do material. 2880

6 CONCLUSÃO Fig. 8 Resistência a Tração Com base nos resultados obtidos através dos ensaios realizados, foi verificado o comportamento dos compósitos com a influência da variação da fração volumétrica da resina epóxi. Pode ser observado que a resistência à tração e a flexão dos compósitos vão diminuindo gradativamente com a adição do retardante de chamas. Com isso, é possível destacar o compósito do tipo A, que é formado a partir de fibra de curauá e a resina epóxi, como apresentando um melhor desempenho mecânico que os demais estudados. A fibra de curauá se mostrou apta a ser uma boa opção quando se trata de compósitos poliméricos, além de ser um material biodegradável, não agredindo assim, o meio ambiente, com baixo custo de obtenção e manipulação, comparado com as fibras sintéticas utilizadas para os mesmo fins. REFERÊNCIAS: 1. MATTOSO, Luiz Henrique Capparelli; et al. Utilização de fibras vegetais para reforço de plásticos. São Paulo, No3, nov/06, p LADCHUMANANANDASIVAM, R.. Apostila - Ciências dos Polímeros e Engenharia de Fibras II, p. 5 9, N. Sgriccia, M.C. Hawley, M. Misra. Characterization of natural fiber surfaces and natural fiber composites. Elsevier, MONTEIRO, Sergio Neves; AQUINO, Regina Coeli; LOPES, Felipe Perisse. Performance of curaua fibers in pullout tests. Springer Science Business Media, GOMES, Alexandre; GODA, Koichi; OHGI, Junji. Effects of alkali treatment to reinforcement on tensile properties of curaua fiber green composites. JSME international jornal, Series A, Vol, 47, No. 4, GALVÃO, Alcione Olinto. Desenvolvimento E Análise De Material Compósito A Base DePenas De Frango (Fibras De Queratina- Kf) E Matriz DePoliéster Insaturado. 2011, 83p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) PPGEM/UFRN, Natal RN. 7. SPINACÉ, Márcia A.S; LAMBERT, Carlos S; FERMOSELLI, Karen K.G; Paoli,Marco-A. Characterization of lignocellulosic curaua fibres. Carbohydrate Polymers. v. 77, p , SILVA, Wellington Marcos. COMPÓSITOS RESINAS EPÓXI/NANOTUBOS DE CABORNO DE REDES MÚLTIPLAS: Caracterização dos materiais de partida e 2881

7 avaliações das condutividades elétricas e térmicas. 2009, 124p. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia das Radiações, Minerais e Materias) Centro de Desenvolvimento e Tecnologia Nuclear, CDTN/Belo Horizonte, Minas Gerais. UNIDIRECTIONAL COMPOSITE CURAUÁ FIBER WITH EPOXY RESIN: STUDY OF MECHANICAL PROPERTIES. ABSTRACT Currently we observe a large search for materials derived from renewable sources. The vegetable fibers as reinforcements in polymer matrices has been an alternative to substitute the synthetic fibers for being biodegradable and with low cost. This work aims to develop a composite material of epoxy resin reinforced with curauá fiber, fiber native from Brazil, are easy to cultivate that produces fibers with good mechanical performance. The curauá fiber went through a cleaning process and were parallelized through the combing and cut according with the predefined length. Were molded composites with 30cm fibers and volume fraction of 20% fiber in Lossy Mould. To measure the performance of the material, tensile and compression tests were performed. The composites show good mechanical performance compared with other fibers of the same gender. Key-words: natural fiber, curauá, polymer composite, epoxy resin. 2882