ANÁLISE DA INFLUÊNCIA NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA INSERÇÃO DE FIBRA NATURAL EM COMPÓSITOS REFORÇADOS POR FIBRAS SINTÉTICAS J. M. S. de Figueiredo, Universidade Federal do Pará R. Augusto Corrêa, 1,Guamá, Belém - PA, 66075-110, 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 tem por objetivo analisar a influência nas propriedades mecânicas da adição de palha da costa em compósitos unidirecionais reforçados por fibras sintéticas. Para tal fim, foram obtidas as propriedades mecânicas do compósito de matriz poliéster reforçadas por palha da costa e do compósito reforçado por fibra de vidro. Obteve-se também as propriedades do compósito 1906
hibrido reforçados por fibra de vidro e palha da costa para fins de comparação. Para o compósito de fibra de vidro, os valores de resistência à tração e modulo de elasticidade foram de 177MPa e 5,14GPa, respectivamente. Para o compósito hibrido, o limite de resistência a tração foi de 42,45MPa e o módulo de elasticidade foi de 1,12 GPa. Foi observado uma diminuição nas propriedades do compósito com a adição de palha da costa, fatores como aderência da fibra natural a matriz poliéster e a presença de vazios contribuíram para a redução das propriedades. Na análise microestrutural feita, foram observadas falha por delaminação entre as placas e pull out das fibras. Palavras-chave: compósitos híbridos, propriedades mecânicas, fibras naturais. INTRODUÇÃO Atualmente, a substituição de materiais utilizados no setor industrial por insumos que apresentem características semelhantes com custo menor e de viável fabricação torna-se cada vez mais atrativo. Com o passar dos anos, diversos setores da indústria estão investindo em pesquisas a respeito de materiais compósitos reforçados por fibras sintéticas. Este fato é justificado em virtude da viabilidade de fabricação e a obtenção de materiais com propriedades satisfatórias. Todavia, mesmo diante de diversos avanços neste ramo de pesquisa, a dependência de reforços sintéticos ainda é uma realidade. Assim sendo, vem se intensificado estudos cujo objetivo é desenvolver materiais com reforços de origem natural que apresentem desempenho semelhante quando comparados aos compósitos reforçados por fibras sintéticas. Joshi et al. realizaram estudos comparativos a respeito do ciclo de vida de compósitos de fibra natural e fibra de vidro e constataram que os compósitos de fibra natural tendem a ser ambientalmente superiores aos compósitos de fibra de vidro, apresentando um impacto produtivo e pesos menores. Apesar dos compósitos de reforço de fibra natural necessitar de uma quantidade maior de fibras para apresentar um desempenho semelhante os de fibra de vidro, seu uso está relacionado a redução do conteúdo polimérico de base mais poluente. 1907
À vista disso, presente trabalho tem por objetivo analisar a influência nas propriedades mecânicas da adição de palha da costa em compósitos unidirecionais reforçados por fibras sintéticas. Para tal fim, foram obtidas as propriedades mecânicas do compósito de matriz poliéster reforçadas por palha da costa e do compósito reforçado por fibra de vidro. MATERIAIS E MÉTODOS Matriz Polimérica O polímero utilizado no presente estudo fora a resina poliéster insaturada terefitálica sem pré-aceleração em conjunto com o catalisador peróxido de MEK(Butanox M 50), nas proporções de0,33% (v,v). Fibra de palha da costa A palmeira da qual se extrai a fibra de palha da costa (Raphia vinífera) é nativa da África e das Antilhas, ocorrendo também na Amazônia, em matas alagadas, baixa das lodosas dos estuários, margens de rios e igarapés. Esta palmeira possui diversas aplicações, podendo ser utilizada na alimentação humana, na confecção de objetos artesanais, em diversas construções e na medicina. A palmeira possui palmito comestível e os indígenas utilizam a polpa do coco como alimento. A figura 1 mostra a fibra utilizada na fabricação do compósito. Figura 1 Palha da Costa. Fibra de vidro Os tecidos de fibra de vidro são estruturados nas formas unidirecionais, bidirecionais e multiaxiais com diferentes padronagens (desenhos), diversas gramaturas e larguras permitindo grande flexibilidade de aplicação conciliando leveza, resistência à deterioração química, estabilidade dimensional, propriedades 1908
dielétricas e resistência à umidade. O Tecido 145 é um tecido bidirecional de fibra de vidro tipo E, confeccionado para utilização em resinas poliésteres, epóxi, fenólicas ou ester vinilicas. Para este estudo a fibra de vidro utilizada foi em forma de tecido conforme ilustra a figura 2. Figura 2 Fibra de vidro. Metodologia experimental O fluxograma a seguir exibe o processo adotado para a fabricação dos compósitos presentes no trabalho. Determinar o reforço de cada compósito Fabricação das lâminas com fibras alinhadas Processeo de fabricação do composito Preparação e realização do ensaio de tração Figura 3 Fluxograma do processo de fabricação do compósito. Escolha das combinações Utilizaram-se três lâminas em todos os compósitos fabricados, com intuito de uniformizar todas as placas confeccionadas a fim de avaliar seus desempenhos igualmente. As combinações feitas podem ser observadas abaixo: Figura 4 Disposição das lâminas que compõem o compósito. 1909
Fabricação das lâminas com fibras alinhadas Para a confecção das placas, tornou-se necessário a fabricação de lâminas individuais, com o objetivo de serem juntadas na fabricação do compósito. Na preparação das lâminas, utilizou-se um aparelho que possibilita a teagem da fibra uma por uma. Figura 5 Téa manual usado para montar as lâminas. As fibras são colocadas no Téa manual uma por uma, até que seja alcançada a dimensão necessária. Esse processo foi utilizado para as fibras de palha da costa, como a fibra de vibro já se encontra em forma de tecido, torna-se dispensável sua teagem, sendo a mesma apenas cortada na dimensão da placa. As figuras a seguir ilustram o resultado final da fabricação das Lâminas: (a) (b) Figuras 6- (a) Resultado final da montagem do tecido de fibra de Palha da Costa;(b) Tecido de fibra de vidro. Processo de fabricação do compósito e preparação para ensaio Para esta etapa, foi determinada a quantidade de resina necessária para confecção das placas, os valores podem ser observados na tabela a seguir: 1910
Fibra Palha da Costa (Puro) Tabela 1 - Quantidade de Resina e Iniciador por fibra. Quantidade de Resina por lâmina Quantidade de resina total no compósito Quantidade de Iniciador. 20g 60g + 20g = 80g 0,54g Vidro (Puro) 20g 60g + 20g = 80g 0,62g Vidro + Palha da Costa + Vidro 20g+ 20g +20g 60g + 20g = 80g 0,62g Para a fabricação dos compósitos é necessário à utilização de transferências para servir de suporte, sendo estes cobertos de resina em cada lado, para isto, são adicionados em todos os compósitos à quantidade de 20g de resina. A quantidade de resina e iniciador foi pesada na balança de precisão, logo em seguida foi feita a manufatura do compósito com o processo de laminação manual, juntando-se assim matriz e reforço. Após a laminação, as placas foram prensadas na pressa hidráulica com carga de 0,5 T, pelo tempo de 2h. As placas apresentaram as seguintes formas depois de laminadas: (a) (b) Figura 7 (a) Placa de Palha da Costa; (b) Placa de Vidro + Palha da Costa. Entre o processo de produção das placas e o processo de corte dos corpos de prova, de acordo com a norma determinada ASTM D 3039, foi deixado um intervalo de uma semana. Esta medida foi muito importante, pois processos como o corte e lixamento causam aumento de temperatura na superfície de contato podendo deteriorar o corpo de prova caso a resina não esteja completamente curada. 1911
Figura 8 - Medidas do corpo de prova conforme a Norma ASTM D 3039. Foram demarcadas três partes sobre o comprimento útil do corpo de prova para limitar 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 Compósito de Palha da Costa e Vidro + Palha da Costa, respectivamente, prontos para realização do ensaio. Ensaio de tração A máquina usada na realização do ensaio foi a máquina de teste universal KRATON, com célula de carga 5KN. No ensaio foram obtidas propriedades mecânicas tais como tensão de ruptura e módulo de elasticidade. 1912
Figura 10 Máquina usada para realizar o ensaio de tração. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados da caracterização mecânica estão expressos a seguir: Tabela 2 Propriedades do compósito de fibra de vidro (puro). Força (N) LRT(Mpa) Módulo de elasticidade (Mpa) Média 1696,88 176,99 5142,23 Desvio padrão 90,34 14,97 699,68 Tabela 3 Propriedades do compósito reforçado com palha da costa (puro) Força (N) LRT(Mpa) Módulo de elasticidade (Mpa) Média 864,84 25,25 858,70 Desvio padrão 89,02 2,24 47,10 Tabela 4 Compósito reforçado com fibra de vidro + palha +vidro. Força (N) LRT(Mpa) Módulo de elasticidade (Mpa) Média 1151,38 42,45 1118,55 Desvio padrão 110,40 4,9 191,58 Conforme pode ser observado, o compósito reforçado com fibra natural obteve desempenho inferior quando comparado ao reforçado com fibra sintética. Para o compósito hibrido, o limite de resistência a tração (LRT) foi de 42,45 Mpa e seu módulo de elasticidade foi de 1118,55 Mpa. Com a adição da fibra de Palha da Costa ao compósito de fibra de vidro, foi constatado uma diminuição em suas propriedades, fatores como aderência da fibra natural a matriz poliéster e a presença de vazios contribuíram para essa redução. Na análise microestrutural feita, foram observadas falhas por delaminação entre as placas e pull out das fibras. 1913
CONCLUSÃO A adição de fibras naturais em compósitos reforçados por fibras sintéticas ocasiona uma redução em suas propriedades, todavia, não inviabiliza seu uso. A orientação da fibra pode gerar influência positiva ou negativa no material compósito. Para regiões de pouco esforço mecânico o compósito mostrou-se aplicável. A presença de alguns vazios se deve ao fato da fabricação manual, entretanto, os resultados foram convincentes constatando a possibilidade da fabricação mediante a técnica exposta. O presente trabalho produziu compósitos com bom acabamento, baixo custo e inferior impacto ambiental. REFERÊNCIAS JOSHI, S. V.; DRZAL, L. T.; MOHANTY, A. K. & ARORA, S. - Composites: Part A, 35, p.371 (2004). RODRIGUEZ, F. (1996) Principies of Polymer Systems. Taylor & Francis. Washington, DC MARINUCCI. G. Materiais compósitos poliméricos fundamentos e tecnologia São Paulo. Artliber Editora, 2011. MELLO, M.L.S., CONTENTE, S., VIDAL, B.C., PLANDING, W., SCHENCK, U. (1995) Modulation of ras transformation affecting chromatin supraorganization as assessed by image analysis. Exp. Cell Res, v. 220, p. 374-382. PARDINE, L.C Preformas para Compósitos Estruturais Revista Polímeros; Ciência e Tecnologia, Vol. 10, Nº2, P.100-109, 2000. Portal PUC, educação, Disponível em< http://www.maxwell.vrac.puc- 5271/5271_3.PDF> Acesso em 18 de fevereiro de 2015. RODRIGUES, JEAN. Estudo da técnica de infusão de resina aplicada à fabricação de compósitos de matriz poliéster reforçados por fibras naturais da amazônia. 2014. 177 f. Tese. Universidade Federal do Pará, Belém, 2014. 1914
SHACKELFORD, J. F. - Ciência dos materiais. 6ª ed. Pearson Prentice Hall, São Paulo, 2008. ANALYSIS OF THE INFLUENCE ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF NATURAL FIBER INSERTION IN SYNTHETIC FIBER REINFORCED COMPOSITES ABSTRACT This study aims to analyze the influence on the mechanical properties of the addition of straw from the coast in unidirectional composites reinforced by synthetic fibers. For this purpose, were obtained the mechanical properties of the strand reinforced polyester matrix composite and the fiberglass reinforced composite. Were also obtained the fiberglass reinforced composite and coir straw properties of the strand for comparison purposes. For the fiberglass composite, the values of tensile strength and modulus of elasticity were 177MPa and 5.14GPa, respectively. For the hybrid composite, the tensile strength limit was 42.45MPa and the modulus of elasticity was 1.12 GPa. Was observed a decrease in composite properties with the addition of straw from the coast, factors such as adherence of the natural fiber the polyester matrix and the presence of voids contributed to the reduction of properties. In the microstructural analysis, failure by delamination between the plates and pull out of the fibers were observed. Keywords: hybrid composites, mechanical properties, natural fibers. 1915