COMPÓSITO CDP1 CDP2 CDP3 CDP4 CDP5 MÉDIA DESVIO

0% 11,53 10,56 7,93 9,83 8,86 9,7 1,4 10% 13,44 13,56 13,54 12,87 12,82 13,2 0,4 20% 16,14 16,53 15,48 16,08 15,72 16,0 0,4 30% 18,27 17,23 18,29 17,55 17,08 17,7 0,6 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 T e n s ã o ( M P a ) Deformação (%)

40

Figura 4.5 – Resultados suportada pelas amostras 0, 10, 20 e 30% de fibra de coco

4.3 ENSAIOS DE FLEXÃO

Os ensaios de flexão foram realizados segundo a norma ASTM D790, já mencionada anteriormente, com Método I – Procedimento B, temperatura de 25 °C e velocidade de 2mm/min, com espaçamento entre barras de 50mm, utilizando o método de três apoios e célula de carga de 5 kN. O teste foi interrompido quando ocorreu a ruptura na superfície oposta ao carregamento.

É importante ressaltar que normalmente o valor de resistência à flexão é maior do que a resistência à tração, pois o cálculo da resistência à flexão é baseado no comportamento linear do material. A curva tensão deformação no ensaio de flexão apresenta um comportamento de não-linearidade. Em geral, a resistência à flexão de um material é cerca de 20 a 50% maior do que a resistência à tração (FREIRE, E. et al., 1994).

0 2 4 6 0 5 10 15 20 T e n sã o ( M P a ) Deslocamento (mm) 10% 20% 30% 0%

41

Na Figura 4.6 são mostrados os resultados de flexão para os cinco corpos da resina epóxi pura. O corpo de prova que obteve o melhor desempenho para a tensão de flexão na ruptura (σ) foi de 28,14 MPa; já o pior desempenho foi de 25,25 Mpa.

Figura 4.6 – Curvas Tensão versus deformação obtidas em flexão para a resina pura.

Na Figura 4.7 são mostrados os resultados de flexão para os cinco corpos de prova com 10% de reforço. O corpo de prova que obteve o melhor desempenho para a tensão de flexão na ruptura (σ) foi de 30,3 MPa e maior deformação 11,00 mm, sendo o menor valor encontrado para a tensão de flexão na ruptura de 23 MPa. A média entre os corpos de prova encontrada foi de 24,7MPa.

0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 T e n s ã o (M P a ) Deflexão (mm)

42

Figura 4.7 – Curvas Tensão versus deformação obtida em flexão para a resina pura com 10% de reforço

Na Figura 4.8 são mostrados os resultados de flexão para os cinco corpos de prova com 20% de reforço. O corpo de prova que obteve o melhor desempenho para a tensão de flexão na ruptura (σ) foi de 34,7 MPa e maior deformação 14,8 mm, sendo o menor valor encontrado para a tensão de flexão na ruptura de 29,7 MPa. A média encontrada entre os corpos foi de 32,4.

Figura 4.8– Curvas Tensão versus deformação obtida em flexão para a resina pura com 20% de reforço

0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 T e n s ã o (M P a ) Deflexão (mm) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 5 10 15 20 25 30 35 T e n s ã o ( M P a ) Deflexão (mm)

43

Nas Figuras 4.9 observamos os resultados de flexão para os cinco corpos de prova com 30% de reforço. O melhor desempenho para a tensão de flexão na ruptura (σ) foi de 39,4 MPa e maior deformação 18,7 mm, sendo o menor valor encontrado para a tensão de flexão na ruptura de 36,71 MPa. A média encontrada entre os corpos foi de 37,3 MPa.

Figura 4.9 - Curvas Tensão versus deformação obtida em flexão para a resina pura com 30% de reforço.

Os resultados dos ensaios mecânicos de flexão indicam que a quantidade de fibras favorece a maior resistência à flexão. O compósito com 30% de reforço foi o melhor resultado apresentado, já que comparado ao compósito com 20% de fibra houve um aumento de 15,22%. Já em relação aos de 10% em fibras, o aumento foi na ordem de 51%, mostrado Figura 4.10 e Tabela 5.0. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 T e n s ã o ( M P a ) Deflexão (mm)

44 Figura 4.10 – Melhores resultados para os ensaios de Flexão

com teor de reforço de 0, 10, 20 e 30% de fibra de coco

Tabela 5.0- Resumo dos resultados dos ensaios para o limite de resistência a flexão

COMPÓSITO CDP1 CDP2 CDP3 CDP4 CDP5 MÉDIA DESVIO

0% 28,14 27,85 26,62 24,81 25,25 26,53 1,49

10% 30,28 28,52 23,00 22,33 19,43 24,71 4,53

20% 34,72 34,16 31,89 31,50 29,66 32,39 2,06

30% 39,38 38,18 36,71 36,35 36,00 37,33 1,42

4.4 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA

A importância da microscopia eletrônica de varredura para caracterização da fibra vegetal é fundamental para o nosso estudo, pois com o conhecimento da composição química e estrutural desta fibra poderemos analisar através das imagens obtidas o que ocorre na interface fibra matriz.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 T ens ão e m F lex ão (M P a) Deslocamento em Flexão (mm) 30% 10% 20% 0%

45

A Figura 4.11, abaixo apresentada, mostra que a superfície da fibra de coco é coberta de reentrâncias e saliências que podem facilitar a impregnação da matriz epóxi, tendo como conseqüência desta topografia uma melhor resistência interfacial do sistema epóxi/fibra de coco; além de demonstrar a complexidade das fibras lignocelulósica.

Figura 4.11 – Corte Longitudinal da fibra de coco

Na Figura 4.12, observa-se uma camada de resina epóxi, parte mais clara aderida à superfície da fibra, indicando que a resistência da adesão interfacial é bastante alta. Percebe-se também, uma fileira de saliências que podem ser consideradas pontos de concentração de tensão que facilitam a separação das fibrilas, que constituem o feixe que formam a fibra lignocelulósica (MONTEIRO, S. N. et al., 2006).

Figura 4.12 – Detalhamento da Fibra

A Figura 4.13 mostra o aspecto de uma fibra de coco fraturada após ensaio mecânico, observamos que a extremidade da fibra é formada por inúmeras fibrilas que são rompidas individualmente para a separação final da fibra.

Figura 4.13 – Região da fratura da fibra de coco

A fibra de coco é higroscópica, ou seja, possui facilidade de absorção de água. Esta característica age como um agente de separação na interface fibra matriz, causando pontos de vazios na superfície do compósito, que nitidamente são a causa de dois importantes mecanismos de falhas em compósito: o trincamento da matriz e o descolamento (“debonding”) da fibra, que estão mostrados na Figuras 4.14(a) e (b), respectivamente.

47 Figura 4.14– Imagem de MEV de: (a) trincamento da matriz e (b) região onde ocorreu o

desacoplamento

A Figura 4.15 mostra cortes transversais de duas fibras de coco. A primeira imagem (Figura 4.15(a)) mostra a fibra sem a impregnação da resina epóxi. E na segunda imagem (Figura 4.15(b)), que foi utilizada no compósito reforçado, mostram que os poros transversais são parcialmente impregnados pela resina, comprovando que existe uma boa interação da fibra com a matriz, tanto no sentido longitudinal (vistos na Figura 4.12), como no sentido transversal.

Figura 4.15 – Imagem de MEV da: (a) fibra de coco in natura e (b) região onde ocorreu a impregnação da resina epóxi

(a) (b)

48

Nesta pesquisa, os compósitos reforçados com fibras de coco com 30% de reforço obtiveram melhor desempenho para o limite de resistência à tração de 18,29 MPa, bem como 39,38 MPa nos ensaios de flexão. Os resultados foram fundamentados em estudos recentes (HARISH, S. et al., 2009), e demonstram que o aumento no teor com limite superior de 30% no reforço ajuda a melhorar os valores de resistência a tração e flexão, graças à melhor distribuição dos esforços, indicando maior interação da fibra com as cadeias poliméricas. Todos estes valores são superiores aos da resina epóxi sem reforço 11,53 MPa e 28,14 MPa para os ensaios de tração e flexão, respectivamente; mas essa superioridade é inferior quando comparamos com as propriedades de fibras comerciais de vidro ou carbono.

Processo de fratura do compósito apresentou-se bastante complexo, envolvendo os seguintes mecanismos de falhas ruptura da fibra, trincamento da matriz e descolamento da fibra, contudo a estrutura superficial da fibra de coco com reentrâncias e saliências ajuda para que ocorra uma boa adesão interfacial, resultando em compósitos com propriedades mecânicas satisfatórias.

O comprimento utilizado para a fibra foi de 1,5 cm, fundamentado em estudos recentes (ISHIZAKI, M. H. et al., 2006), comprimento este superior ao crítico que causa alguns mecanismos de falha, razão pela qual facilitou na preparação do compósito.

Estes resultados comprovam que existe a possibilidade de desenvolvimento de um compósito de base epóxi/ fibra de coco com boa resistência mecânica.

Capítulo

5

49

Bibliografia

Agarwal, B. D. e L. J. Broutman. Analysis and performance of fiber composites. New York: Wiley-Interscience. 1990

Almeida, C. N. Propriedades mecânicas e térmicas do sistema epóxi DGEBA/etilenodiamina modificado com nanoplataformas de silsesquioxano com grupos ésteres. Departamento de Física e Química, Universidade Estadual Paulista, 2005. 81 p.

Araújo, J. R., W. R. Waldman, et al. Thermal properties of high density polyethylene composites with natural fibres: Coupling agent effect. Polymer Degradation and Stability, v.93, n.10, p.1770-1775. 2008.

Azuma, J., T. Nomura, et al. Lignin carbohydrate complexes containing phenolic-acids isolated from the culms of bamboo. Agricultural and Biological Chemistry, v.49, n.9, p.2661- 2669. 1985.

Benassi, A. C. Caracterizações biométrica, química e sensorial de frutos de coqueiro variedade anã verde. Faculdade de Cências Agrárias e Veterinárias, Euniversidade Estudal Paulista, 2006. 114 p.

Bledzki, A. K., V. E. Sperber, et al. Natural and Woods fibre reinforcement in polymers. UK: Rapara Review Reports, v.13. 2002. 144 p.

Callister Jr, W. D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introducção. Rio de Janeiro: LTC. 2008. 705 p.

Canevarolo Jr., S. V. Ciência dos polímeros. São Paulo: Artliber. 2006. 280 p.

Chand, N. e S. A. R. Hashmi. Mechanical properties of sisal fibre at elevated temperatures. Journal of Materials Science, v. 28 n.24, January, p.6724-6728. 1993.

Da Silva, J. L. G. Estudo dos mecanismos de molhabilidade do compósito fibra sisal/matriz polimérica. Instituto Tecnolócio da Aeonautica 1996.

Ferreira, R. S. Modificação da superfície de fibras de carbono por processo de descarga corona e estudo das características de adesão. Faculdade de Engenharia Quimica Universidade Estadual de Campinas, 2000. 164 p.

Fonseca, V. M., V. J. F. Jr., et al. Evaluation of the mechanical properties of sisal-polyester composites as a function of the polyester matrix formulation. Journal of Applied Polymer Science, v.94, n.3, p.1209-1217. 2004.

Fourche, G. An overview of the basic aspects of polymer adhesion. I: Fundamentals. Hoboken, NJ, ETATS-UNIS: Wiley Subscription Services, v.35. 1995

Freire, E., E. E. C. Monteiro, et al. Propriedades Mecânicas de Compósitos de Polipropileno com Fibra de Vidro. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v.4, n.3, p.25-32. 1994.

50

hemicellulose from aspen wood. Carbohydrate Polymers, v.43, n.4, p.367-374. 2000.

Gassan, J. e A. K. Bledzki. Possibilities for improving the mechanical properties of jute/epoxy composites by alkali treatment of fibres. Composites Science and Technology, v.59, n.9, p.1303-1309. 1999.

Harish, S., D. P. Michael, et al. Mechanical property evaluation of natural fiber coir composite. Materials Characterization, v.60, n.1, p.44-49. 2009.

Herrera-Franco, P. J. e L. T. Drzal. Comparison of methods for the measurement of fibre/matrix adhesion in composites. Oxford, ROYAUME-UNI: Butterworth-Heinemann, v.23. 1992

Holbery, J. e D. Houston. Natural-fiber-reinforced polymer composites in automotive applications. JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society, v.58, n.11, p.80-86. 2006.

Hull, D. e C. T.W. An Introduction to Composite Materials. Cambridge: Cambridge Univers. Press. 1981

Ishizaki, M. H., L. L. Y. Visconte, et al. Caracterização mecânica e morfológica de compósitos de polipropileno e fibras de coco verde: influência do teor de fibra e das condições de mistura. Polímeros, v.16, p.182-186. 2006.

Jayaraman, K. Manufacturing sisal-polypropylene composites with minimum fibre degradation. Composites Science and Technology, v.63, n.3-4, 2003/3//, p.367-374. 2003. Joseph, K., R. D. Tole Do Filho, et al. Compósitos poliméricos reforçados com fibras de sisal. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.3 n.3, p.367-379. 1999.

Kelly, A. Strong Solids. Londres: University Press. 1966

Kelly, A. e W. R. Tyson. High Strength Materials. Nova York: Wiley. 1965

Lewin, M. e I. S. Goldstein. Wood structure and composition. USA: Marcel Dekker Inc. 1991 Mano, E. B. Polímeros como materiais de engenharia. São Paulo: Edgard Blücher. 1991 Monteiro, S. N. e J. R. M. D'almeida. Ensaios de Pullout em fibras lignocelulósicas: uma metodologia de análise. Revista Matéria, v.11, n.3, p.189-196. 2006.

Monteiro, S. N., L. A. H. Terrones, et al. Efeito da Interface Fibra/Matriz Sobre a Resistência de Compósitos Poliméricos Reforçados com Fibras de Coco. Revista Matéria, v.11, n.4, p.395-402. 2006.

______. Mechanical performance of coir fiber/polyester composites. Polymer Testing, v.27, n.5, p.591-595. 2008.

Mukherjee, P. S. e K. G. Satyanarayana. Structure and properties of some vegetable fibres. Journal of Materials Science, v.19, n.12, p.3925-3934. 1984.

51

Neto, F. L. e L. C. Paradini. Compósitos estruturais: ciência e tecnologia. São Paulo: Editora Edgard Blücher. 2006. 313 p.

Paiva Jr, C. Z., L. H. De Carvalho, et al. Analysis of the tensile strength of polyester/hybrid ramie-cotton fabric composites. Polymer Testing, v.23, n.2, p.131-135. 2004.

Rabello, R. Aditivação de polímeros. São Paulo: Artliber. 2007. 242 p.

Rangel, S. A. Nanocompósitos baseados no sistema epoxídico DGEBA/DETA modificado com uma resina epoxídica de silsesquioxano. Departamento de Física e Química, Universidade Estadual Paulista, 2006. 70 p.

Reddy, Narendra, et al.Properties and potential applications of natural cellulose fibers from cornhusks. Cambridge, ROYAUME-UNI: Royal Society of Chemistry, v.7. 2005. 6 p.

Reddy, N. e Y. Yang. Properties and potential applications of natural cellulose fibers from the bark of cotton stalks. Bioresource Technology, v.100, n.14, p.3563-3569. 2009.

Reis, J. M. L. Fracture and flexural characterization of natural fiber-reinforced polymer concrete. Construction and Building Materials, v.20, n.9, p.673-678. 2006.

Rubinsten, M. e R. H. Colby. Polymer physics. New York: Oxford University Press. 2003. 440 p.

Satyanarayana, K., C. K. S. Pillai, et al. Structure property studies of fibres from various parts of the coconut tree. Journal of Materials Science, v.17, n.8, Ago, p.2453-62. 1982.

Satyanarayana, K. G., G. G. C. Arizaga, et al. Biodegradable composites based on lignocellulosic fibers--An overview. Progress in Polymer Science, v.34, n.9, p.982-1021. 2009.

Silva, R., S. K. Haraguchi, et al. Application of lignocellulosic fibers in polymer chemistry and in composites. Quimica Nova, v.32, n.3, p.661-671. 2009.

Smith, B. W. e R. A. Grove. Failure analysis of continuos fiber reinforced composites. USA: Amarican Society for Metal, v.11. 1985

Sobrinho, L. L. Desenvolvimento de tubos compósitos para possíveis aplicações como risers. Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2009. 150 p.

Valadez-Gonzalez, A., J. M. Cervantes-Uc, et al. Effect of fiber surface treatment on the fiber-matrix bond strength of natural fiber reinforced composites. Composites Part B: Engineering, v.30, n.3, p.309-320. 1999.

Wambua, P., J. Ivens, et al. Natural fibres: can they replace glass in fibre reinforced plastics? Composites Science and Technology, v.63, n.9, p.1259-1264. 2003.