RESISTÊNCIA AO IMPACTO DOS COMPÓSITOS PP REFORÇADOS COM FIBRAS DE NOZ MACADÂMIA 1 L. S. Andrade; 2 M. I. S. T. Faria; 1 W. M. Florentino; 1,3 D. R. Mulinari 1 Centro Universitário de Volta Redonda/UniFOA, Av. Erlei Alves Abrantes 285 Três Poços Volta Redonda/RJ 2 Faculdade de Tecnologia/FAT/UERJ, Rodovia Presidente Dutra km 298 Polo Industrial Resende/RJ dmulinari@hotmail.com RESUMO Diversos trabalhos na área de compósitos poliméricos têm sido realizados para garantir à preservação ambiental. Dentre as pesquisas nesta área, que vem crescendo e que aparecem em destaque, são as que buscam a aplicação para modificadores naturais, principalmente quanto à utilização de fibras naturais. Este trabalho descreve a preparação e a avaliação do compósito de polipropileno reforçado com fibras provenientes da casca de noz macadâmia. A mistura da matriz e reforço (20 %m/m) foi realizada em um misturador termocinético. Posteriormente foram moídos e injetados em dimensões específicas para ensaios de impacto (ASTM D6110). Os resultados obtidos evidenciaram que os compósitos apresentaram um aumento de 23,6% na resistência ao impacto quando comparado ao polímero puro. O melhor desempenho mecânico do compósito está associado à adesão fibra/matriz. Palavras-chave: casca de noz madacâmia, compósitos, propriedades mecânicas.
INTRODUÇÃO Devido à crescente preocupação com o meio ambiente novas pesquisas tem sido direcionadas ao uso de materiais sustentáveis. Desse modo, as empresas passaram a investir na busca de novas técnicas e tecnologias para atividades e a considerar também a variável ambiental em suas estratégias de produção. Dessa tomada de consciência ambiental, o desenvolvido de compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais tem sido extensamente estudados devido às vantagens que as fibras naturais oferecem quando comparado aos materiais sintéticos (ARRAKHIZ, et al., 2013; NUTHONG et al., 2013; RAMESH et al., 2013). Um fator importante que favorece o emprego de fibras naturais como insumo renovável é a crescente perspectiva de economia de energia por meio da redução de peso dos componentes, bem como os aspectos ligados à recuperação das matérias-primas e ao reaproveitamento dos materiais no final do ciclo de vida do produto (MULINARI, 2009). Além disso, os resíduos agroindustriais são gerados em grande quantidade e a proposta de utilização desses resíduos, como por exemplo, a casca de noz macadâmia é muito interessante. No entanto, a obtenção de materiais compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais exige condições específicas quanto ao processamento, pois as fibras naturais apresentam estrutura essencialmente hidrofílica, incompatível com matrizes termoplásticas hidrofóbicas, podendo haver a formação de aglomerados de fibras. Para que o reforço e a matriz atuem conjuntamente em uma determinada aplicação, o contato interfacial tem que ser adequado. (MULINARI et al., 2010). Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho foi preparar e caracterizar compósitos de polipropileno reforçados com fibras da casca de noz de macadâmia..
MATERIAIS E MÉTODOS Para a confecção do compósito foram utilizadas fibras provenientes da casca de noz macadâmia e polipropileno. A fibra da casca de noz macadânia utilizada foi fornecida pela Tribeca, localizada em Piraí RJ. Primeiramente as cascas foram lavadas e secas secas em estufa a 60 o C até peso constante. Posteriormente, as mesmas foram trituradas e peneiradas em uma peneira de 10, 20 e 35 mesh. Caracterização das fibras Para avaliar as propriedades físicas e morfológicas das fibras, as mesmas foram caracterizadas pelas técnicas de Difratometria de Raios X (DRX) e Microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os difratogramas de Raios X das fibras da casca de noz madacâmia in natura foram obtidos para determinar o tipo de estrutura física, ou seja, os parâmetros de redes e os espaçamentos interplanares da rede cristalina do material, permitindo identificá-lo mediante comparação com estruturas cristalinas já conhecidas, determinando se o material é amorfo ou cristalino. Os difratogramas foram obtidos em um difratômetro de Raios X da marca Shimadzu modelo XDR-6000 com fonte de radiação CuKα, voltagem de 40 kv, corrente de 40 ma, varredura 0,05 (2θ/ 5s) para valores de 2θ entre 10 e 50º. Com os resultados obtidos no difratômetro foi possível calcular os índices de cristalinidade das fibras por meio da Eq. (A) definida pelo método empírico de Segal et al. (1959), que fornece um valor aproximado: na qual: I c I I I I c ( 002 ) ( am ) ( 002 ) 100 Índice de cristalinidade em porcentagem; I (002) difração que representa o material cristalino perto de (A) Pico de intensidade de o 2 22 ; intensidade da difração que representa o material amorfo perto de I (am) o 2 16. Pico de
As micrografias foram obtidas em um microscópio eletrônico de varredura HITACHI, a fim de obter informações quanto à morfologia das fibras. As amostras foram fixadas em um suporte com auxílio de uma fita de carbono autocolante dupla face e submetidas ao recobrimento metálico com ouro. Obtenção do compósito Os compósitos (20% em massa de reforço) foram obtidos em um homogeneizador para plásticos (Dryser). Inicialmente o reforço e a matriz foram secos em estufas a 50 ºC por cerca de 2 h. Após mistura entre reforço e matriz no homogeneizador, o material foi moído em moinho granulador e novamente seco em estufa a 50 ºC por 2 h. Os compósitos moídos foram injetados em molde contendo cavidades com dimensões específicas para ensaios mecânicos. Ensaios mecânicos dos materiais Os ensaios de impacto foram realizados em uma máquina PANTEC PS- 30 do tipo Charpy. Foram analisados cinco corpos de prova, com dimensões de acordo com a norma ASTM D 6110 06 CDP s com 12 mm de largura, 55 mm de comprimento e 3 mm de espessura. Foram avaliadas a energia absorvida ao impacto e a resistência. RESULTADOS E DISCUSSÃO Caracterização das fibras O difratograma de Raios X das fibras da casca de noz macadâmia in natura (Fig. 1) apresenta comportamento típico de estrutura semicristalina, o qual evidencia dois picos bem definidos referentes às fases amorfa e cristalina dos materiais. Analisando o índice de cristalinidade obtida das fibras observouse um valor inferior quando comparados a outras fibras, tais como, fibras do coco verde e fibras do bagaço de cana (BENINI, 2011). Esse fato ocorreu devido à presença de extrativos na superfície das fibras. A técnica de microscopia eletrônica de varredura evidencia a presença de extrativos.
Intensidade (cps) 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais 1200 1000 800 600 400 200 0 10 20 30 40 50 2 (grau) Figura 1. DRX da fibra da casca de noz macadâmia. O índice de cristalinidade obtido das fibras está apresentado na Tab. 1. Tabela 1. Índices de cristalinidade das fibras de palmeira in natura MATERIAL I am I (002) I C FIBRA IN NATURA 495,36 744,1 33,4% Análise morfológica A técnica de microscopia eletrônica de varredura teve por objetivo determinar as características das fibras quanto à morfologia e ao aspecto superficial. As micrografias das fibras da casca de noz macadâmia in natura evidenciam uma superfície homogênea devido à presença dos extrativos, assemelhando-se a uma cera, que ainda estão presentes nas fibras, além dos constituintes amorfos como a lignina e a hemicelulose (Fig. 2).
Figura 2. MEV das fibras da casca de noz macadâmia in natura. Ensaios mecânicos O estudo da resistência ao impacto é importante, pois a avalia a resistência ao impacto dos materiais na forma de esforços por choque, o qual é um fator importante na seleção de materiais para aplicações de engenharia (MULINARI, 2009). A Tab. 1 apresenta os valores do limite de resistência ao impacto dos compósitos e do PP puro. Analisando-se os dados obtidos dos materiais observou-se que a inserção de fibras na matriz de PP influenciou na resistência ao impacto dos compósitos quando comparados ao PP puro, apresentando um acréscimo de 29% m/m quando comparado ao PP puro.
Tabela 1. Valores do limite de resistência ao impacto AMOSTRAS Energia (J) Resistência ao Impacto (kj/m 2 ) PP 4 0,8 45,1 0,2 CP20% 4 0,2 58,15 0,8 CP (compósitos PP reforçados com fibras da casca de noz macadâmia in natura). Esse aumento na resistência ocorreu devido à inserção de fibras na matriz, fazendo com que a energia absorvida aumentasse e, consequentemente, a resistência. CONCLUSÃO Com a análise dos resultados obtidos neste trabalho foi possível verificar que a fibra da casca de noz madacâmia sem tratamento na sua superfície proporciou uma boa adesão fibra/ matriz, causando um aumento na resistência ao impacto dos compósitos quando comparado ao polímero puro. REFERÊNCIAS ARRAKHIZ, F. Z.; EL ACHABY, M.; MALHA, M.; BENSALAH, M. O.; FASSI- FEHRI, O.; BOUHFID, R.; BENMOUSSA, K.; QAISS, A. Mechanical and thermal properties of natural fibers reinforced polymer composites: Doum/low density polyethylene. 2013, Materials & Design, 43, 200-205. MULINARI, D. R. Comportamento térmico, mecânico e morfológico dos compósitos de polietileno de alta densidade reforçados com fibras de celulose do bagaço de cana de açúcar. 2009, 112f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica). Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, SP. MULINARI, D. R.; VOORWALD, H. J. C.; CIOFFI, M. O. H.; ROCHA, G. J. M., DA SILVA, M. L. P. Surface modification of sugarcane bagasse cellulose and its effect on mechanical and water absorption properties of sugarcane bagasse cellulose/ HDPE composites. 2010, BioResources, 5(2), 661-671.
NUTHONG W.; UAWONGSUWAN, P.; PIVSA-ART, W.; HAMADA, H. Impact Property of Flexible Epoxy Treated Natural Fiber Reinforced PLA Composites. 2013, Energy Procedia, 34, 839-847. RAMESH, M.; PALANIKUMAR, K.; REDDY, K. H. Mechanical property evaluation of sisal jute glass fiber reinforced polyester composites. 2013, Composites Part B: Engineering, 48, 1-9. SEGAL, L.; CREELY, J.; MARTIN JR., A. E; CONRAD, C. M. An empirical method for estimating the degree of crystallinity of native cellulose using the X-ray diffractometer. 1959, Textile Research Journal, 29,.786 794. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Centro Universitário de Volta Redonda pelo apoio financeiro. IMPACT RESISTANCE OF PP REINFORCED WITH FIBER MACADAMIA NUT COMPOSITES Several papers in the area of polymer composites have been made to ensure environmental preservation. Among the research in this area, which have grown and are highlighted are those that seek the application to natural modifiers, especially regarding the use of natural fibers. This paper describes the preparation and evaluation of the composite reinforced with polypropylene fibers from the of macadamia nuts shell. The mixture of matrix and reinforcement (20% m / m) was performed on a termokinetic mixer. Were subsequently crushed and injected into specific dimensions for impact tests (ASTM D6110). The results showed that the composites showed an increase of 23.6% in impact strength when compared to the pure polymer. The best mechanical performance of the composite is associated with fiber / matrix adhesion. Key-words: madacamia nut shell, composites, mechanical properties.