Compósitos poliméricos reforçados por fibras vegetais picadas de pente de macac­o (apeibatibourbou aubl): caracterização mecânica



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compósitos poliméricos reforçados por fibras vegetais picadas de pente de macac­o (apeibatibourbou aubl): caracterização mecânica.

J.S. Rodrigues*1; M. P. A. Mafra1; L. F. N. Marques1; B. T.R. de Almeida1; C. Y. N. Konno1; J. R. da Silva1; R. S. Oliveira1; M. E. M. MAIA2.

*Folha 18 Qd. 14 Lt. 05; Bairro: Nova Marabá; CEP: 68513-450–Marabá –Pará - Brasil.

ju_sanrod@hotmail.com



1Universidade Federal do Pará-Campus de Marabá-Folha 17, Qd. 04, Lt. Especial, Bairro: Nova Marabá, CEP: 68505-080 – Marabá- PA.

2Instituto Federal do Pará – Campus de Marabá-Folha 22, Qd. Especial, Lt. Especial II, Bairro: Nova Marabá, CEP: 68505-065 – Marabá- PA.


RESUMO
A utilização das fibras vegetais como substitutas de diversos reforços sintéticos em compósitos poliméricos tem apresentado um grande potencial de aplicação tecnológica. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e caracterização mecânica de um compósito de matriz polimérica reforçado com fibras vegetais de Pente de Macaco, estas dispostas na matriz polimérica bidirecional. Os compósitos foram preparados com teores variados de fibras, previamente secas, foi aplicada moldagem à compressão, as placas obtidas a pós-cura por 48 horas a 50º C. Os corpos-de-prova foram serrados manualmente para a realização dos ensaios de tração e flexão de acordo com as normas ASTM D-3039 e D-790-3 respectivamente. A força de ruptura só foi satisfatória para os teores acima de 43,36% de fibra, porém para as demais propriedades estudas todos os teores obtiveram resultados aceitáveis como reforço para a matriz polimérica. As fibras de Pente de Macaco são oriundas da região sudeste do Pará.
Palavras-chave:compósitos poliméricos; Fibras vegetais; Fibras de Pente de Macaco; Propriedades mecânicas.

INTRODUÇÃO

A preocupação com o meio ambiente tem despertado o interesse constante na busca de alternativas viáveis para o desenvolvimento sustentável, principalmente em nossa região amazônica, onde encontramos uma biodiversidade das mais ricas do planeta. Dentro deste contexto os materiais compósitos têm papel de destaque, pois a utilização de fibras vegetais como substituta de diversos reforços sintéticos ou cargas minerais nestes compósitos poliméricos tem apresentado um grande potencial de aplicação tecnológica (1). Um fator importante que favorece o emprego de fibras vegetais como insumos renováveis é o crescente significado que vem assumindo a perspectiva de economia de energia por meio da redução de peso dos componentes (2).

O uso de fibras vegetais como reforço em compósitos poliméricos, com o objetivo de substituir total ou parcialmente as fibras sintéticas, tem recebido muita atenção dos pesquisadores. Isto porque as fibras vegetais apresentam importantes vantagens como: baixo custo, baixa densidade, resistência, baixa abrasividade aos equipamentos de processo, são biodegradáveis, não sãotóxicasoupoluentes diminuindoassimproblemasambientais,alémdeseremorigináriasdefontes renováveiseseremdisponíveis emtodoomundo (3).

As fibras utilizadas neste trabalho são classificadas como reforço lamelar oriundas da casca da árvore Pente de Macaco (Apeiba tibourbou AUBL), a qual é típica da região Amazônica. Esta espécie possui copa ampla, com grandes folhas simples, alternas e estipuladas. Seu período de floração desta espécie é extenso, sendo comum encontrar na mesma árvore desde botões florais até frutos maduros (4). Sendo usada para ornamentação de praças e avenidas.

Este trabalho tem como objetivo o estudo das propriedades mecânicas compósitos poliméricas reforçados com a fibra de Pente de Macaco (Apeiba tibourbou AUBL), orientada bidirecional na matriz poliéster.
MATERIAIS E METÓDOS
As mantas foram obtidas a partir da casca do caule da arvore Apeiba tibourbou Aubl popularmente conhecida como Pente de Macaco.




Figura 1: Retirada da casca da arvore e as fibras devidamente secas.


As cascas foram deixadas de molho por duas semanas com a troca de água a cada três dias. As mantas depois de secas em estufa a 100 ºC por 2 horas. Ver Fig. 1.

Para a confecção dos compósitos, foi utilizado como matriz polimérica uma resina poliéster insaturada GAMA 313, fabricada pela Embrapol, do tipo ortoftálica pre acelerada, reticulada com estireno. Utilizou-se como iniciador o Peróxido de Metil-Etil-Cetona (MEK-P) em concentração de 1% em peso.

Compósitos com teores variados de mantas foram preparados por moldagem à compressão. O teor de mantas foi determinado por análise gravimétrica, utilizando o seguinte procedimento: pesou-se 10, 20, 30, 40 e 50g de reforço vegetal previamente seco, depois se pesou a placa do compósito produzido. Com os pesos obtidos determinou-se o teor de fibras (em massa) pela equação A:

TF (%) = (PT/PL) x 100 (A)

Onde TF é o teor de fibras, PT é o peso (g) das fibras e o PL é o peso (g) da placa. Os teores encontrados foram representados na Tab. 1.
Tabela 1: Teor de fibras em porcentagem


Peso de Fibras

(g)


Teor de Fibras

%


10

15,51

20

29,39

30

36,31

40

43,36

50

47,78

As mantas foram colocadas no molde de maneira alinhada ao sentido longitudinal e transversal e pressionadas com auxílio de uma espátula para garantir a sua total impregnação. Por fim, verteu-se um excesso de resina, quando a resina estava próxima do ponto de gelificação, o molde foi fechado e colocado em uma prensa hidráulica com 8 toneladas de força por 8 horas, a temperatura ambiente. As placas foram submetidas a pós-cura por 48 horas a 50 ºC, para posterior usinagem dos corpos de prova Fig. 3.



Figura 3: Corpos de Prova
O ensaio de tração e flexão foram conduzidos em uma máquina universal EMIC DL 10KN, em temperatura ambiente com uma velocidade de 1 mm/min e 1,25 mm/min tendo como base a norma ASTM D-3039 e ASTM D790 - 03, respectivamente.
RESULTADOS E DISCURSSÕES
Ensaio de Flexão:
Avaliando a resistência a flexão, observou-se que houve um aumento dessa propriedade em relação à resina pura para todos os volumes. Podendo ser observado na Fig. 4.

Figura 4: Resistência a Flexão x Teor de Fibras

Figura 5: Força de Ruptura x Teor de Fibra
Os compósitos reforçados com fibras apresentaram um desempenho satisfatório para forças de ruptura levando em conta valores maiores de 43,36% de fibras, ver Fig. 5, havendo um ganho da carga em relação à resina pura, as fibras funcionam como ponte de transferência de tensões quando submetidas ao carregamento, sendo assim os compósitos não sofrem ruptura brusca proporcionando ao compósito maior capacidade de deformação.
Ensaio de Tração:
Os resultados obtidos de resistência à tração foram satisfatórios para todos os teores, uma vez que todos alcançaram valores acima da resina pura, representados na Fig. 6.

Figura 6: Resistência a Tração x Teor de Fibras
Pode-se observar Fig. 7, que a incorporação das fibras na matriz poliéster provocou um aumento no alongamento do compósito e mostrou-se maior que a da matriz pura para todos os teores de reforços estudados.

Figura 7: Alongamento x Teor de Fibras
CONCLUSÕES
As mantas de Pente de Macaco dispostas na matriz bidirecionalmente indicam um grande potencial para reforçar a matriz poliéster, haja vista que foram alcançados resultados satisfatórios, pois houve aumento em todas as propriedades medidas.

Acredita-se que o desempenho superior apresentado pelos compósitos reforçados com fibras de Pente de Macaco em relação à matriz polimérica esteja associado às propriedades mecânicas individuais das fibras. Porém os resultados foram inferiores aos da manta de Pente de Macaco disposta somente na direção longitudinal (5). Mas isso é devido à orientação das fibras segunda encontra-se na literatura: As propriedades dos compósitos são controladas, principalmente, pelas propriedades de seus materiais constituintes, teor, grau de dispersão, geometria do reforço, razão de aspecto (relação comprimento/diâmetro) e orientação das fibras (6).

Com tratamento químico da fibra, pode-se melhorar adesão da mesma a matriz polimérica, consequentemente melhorando os resultados obtidos neste trabalho.
AGRADECIMENTOs
PROINT – pelo apoio financeiro

Aos colegas, técnicos e docentes da FEMAT- Faculdade de Engenharia de Materiais que direta ou indiretamente colaboraram para a realização deste trabalho.


REFERÊNCIAS
1. ANDRADE, E. C.; NÓBREGA, M. M. S. Compósitos de Matriz Poliéster Reforçados com Fibras de Babaçu OrrbignyaSpeciosa: Caracterização Mecânica. In: 10º Congresso Brasileiro de Polímeros. Foz do Iguaçu. 2009. Paraná, p.1. Disponível em: http://www.ipen.br/biblioteca/cd/cbpol/2009 acesso em: 03 de Julho 2012.

2. RODRIGUES, F.S; ANDRADE, E. C.; NÓBREGA, M. M. S. Desenvolvimento e caracterização mecânica de compósitos poliméricos reforçados por fibras vegetais de pente de macac­o (apeibatibourbouaubl). In: 65º Congresso Internacional ABM. Rio de Janeiro. 2010. Rio de Janeiro, p. 1. Disponível em: http://www.abmbrasil.com.br/acesso em: 03 de Julho de 2012.

3. NÓBREGA, M. M. S. Compósitos de matriz poliéster com fibras de Caroá NeoglazioviaVariegata: Caracterização Mecânica e Sorção de Água. 2007. 123p. Tese (Doutorado em Engenharia de Processos) - Centro de Ciências e Tecnologia - Universidade Federal de Campina Grande – UFCG – PB, Paraíba.

4. MATOS, V. P. et al. Efeito do tipo de embalagem e do ambiente de armazenamento sobre a germinação e o vigor das sementes de ApeibatibourbouAUBL.Rev. Árvore, vol. 32, n. 4, p. 617-625, 2008. Disponível em: http://www.scielo.br/ acesso em: 04 de Julho de 2012.


5. RODRIGUES, F.S. Desenvolvimento e caracterização mecânica de compósitos poliméricos reforçados por mantas vegetais de Pente de Macaco (ApeibaTibourbouAubl).2010. 40p. TCC (Graduação em Engenharia de Materiais)- Universidade Federal do Pará- UFPA – PA, Pará.
6. CALLISTER, W. D. JR., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. Editora LTC, São Paulo, SP. 2003.


Polymeric composite reinforced by chopped vegetable fibers of the “pente de macaco” (Apeibatibourbou Aubl): mechanical characterization.
ABSTRACT
The use of vegetable fibers as substitutes for various synthetic reinforcements in polymer composites has shown great potential for technological applications. This work aims at the development and mechanical characterization of a polymer matrix composite reinforced with natural fibers to “Pente de Macaco”, arranged in the bidirectional polymer matrix. The composites were prepared with varying amounts of fibers, previously dried, was applied molding by compression, the plaques obtained after curing for 48 hours at 50 ° C. The specimens were sawn manually to achieve the tensile and flexural tests according to the ASTM D-3039 and D-790-3 standards respectively. The breaking strength was satisfactory only for contents above 43.36% of fiber, but for other properties studied all levels acceptable results as reinforcements in the polymer matrix. The “Pente de Macaco” fibers are originated from the southeast region of the state of Pará.


Key-words: polymer composites, vegetables fibers, “Pente de Macaco” fibers; mechanical properties.
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