As placas de compósitos laminados de celulose bacteriana e resina éster vinílica contendo de uma a cinco películas de CB são apresentadas na Figura 39, onde R1 possui apenas uma película de CB, R2 duas películas, até R5, com cinco películas de CB.
Figura 39 – Placas de compósito reforçado com celulose bacteriana
Fonte: A Autora (2020)
Foi também fabricada uma placa de resina éster vinílica pura, representada na Figura 40, com o objetivo de determinar as propriedades da resina pura, sem nenhuma interferência do reforço.
Figura 40 – Placa de resina éster vinílica, R0
Fonte: A Autora (2020)
As dimensões indicadas na Figura 28 foram tomadas também para as placas de compósito e todos os dados recolhidos são apresentados no Apêndice B. A Tabela 8 apresenta as médias dessas grandezas e da espessura média das placas, representada pelo símbolo ¯t. Foram coletadas apenas as dimensões ¯a, ¯
c (correspondentes à largura), ¯e (correspondente à altura) e ¯t (correspondente à espessura) da placa R0, já que ela possui um formato retangular.
Tabela 8 – Dimensões das placas de compósito, em mm Placas ¯a ¯b c¯ d¯ e¯ t¯ R0 127,06 - 119,09 - 165 2,978 R1 111,32 106,73 40,74 97,86 160 0,124 R2 111,28 110,62 37,73 105,22 159 0,128 R3 110,58 108,65 55,35 105,25 161 0,181 R4 112,26 108,79 45,80 101,41 163 0,173 R5 115,18 113,27 40,05 107,40 160 0,193 Fonte: A Autora (2020)
É possível perceber que a espessura da placa de resina pura é muito maior do que as de compósito. Isso porque no processo de laminação manual para a fabricação de compósitos, buscou-se reduzir a quantidade de resina para se alcançar um maior teor de reforço pois, em teoria, isso teria um efeito positivo nas propriedades mecânicas finais do compósito. A placa de resina pura, por sua vez, foi construída apenas para fins de caracterização e a preocupação foi apenas garantir sua rigidez e uniformidade, e não uma espessura reduzida.
Os dados presentes na Tabela 8 foram utilizados como entradas na Equação 15, que tornou possível o cálculo dos volumes das placas de compósito, apresentados na Figura 41. Novamente observa-se a tendência de aumento em função do número de películas de celulose compondo a placa.
Figura 41 – Volume das placas de compósito, em mm³
Fonte: A Autora (2020)
O coeficiente de determinação R2 da linha de tendência linear que acompanha
os dados possui um valor de 84,99%, menor do que os outros apresentados no trabalho. Isso se deve principalmente à amostra R3, que apresenta um volume 14,1% maior do que o previsto pelo modelo.
com as placas de celulose pura, a massa tende a aumentar em função do número de películas de celulose.
Figura 42 – Massa das placas de compósito, em g
Fonte: A Autora (2020)
A linha de tendência mostra um coeficiente de determinação R2 de 95,33%,
muito maior que o referente ao volume. Novamente, no entanto, a amostra R3 é a que mais diverge da previsão linear, apresentando uma variação de -7,6%.
Com o volume das placas calculados e as massas medidas durante o processo de caracterização, foi possível calcular a densidade das placas de compósito, informada na Tabela 9. É importante destacar a densidade da placa R0, indicada como 1,06 g/cm³, que será tomada como densidade ρm da matriz nos cálculos realizados na Seção 4.5.
Tabela 9 – Massa, volume e densidade das placas de compósito Placa Vt[mm³] Mt [mg] ρmedida [g/cm³] R0 60630 64303,5 1,06 R1 1897 1914,2 1,01 R2 2002 2342,9 1,17 R3 2903 2555,4 0,88 R4 2760 3111,8 1,13 R5 3155 3910,2 1,24 Fonte: A Autora (2020)
Graficamente, a densidade de cada uma das placas de compósito é apresentada na Figura 43, que também destaca a densidade média de todas as placas de compósito, que possui o valor de 1,08 g/cm³.
Figura 43 – Densidade das placas de compósito, em g/cm³
Fonte: A Autora (2020)
Considerando as hipóteses ideias com as quais a micromecânica trabalha, era natural que os valores das densidades das placas de compósito ficassem entre a densidade da resina e a densidade da celulose. No entanto, desvios eram esperados devido às variações na síntese do biopolímero pela bactéria, por vazios causados pelo processo de fabricação e pela mesmas imprecisões citadas em relação ao cálculo dos volumes.
O volume acima do esperado da placa R3, combinado com a massa abaixo do previsto pelo modelo linear que representa a série de dados coletados, provavelmente significa que há mais espaços vazios nessa placa do que nas demais. Os espaços vazios são causados por inconsistências do processo de laminação manual.
É também possível determinar a massa de matriz, ou resina, nas placas de compósito com base nos dados das Tabelas 7 e 9, que informam as massas Mc de
celulose e as massas Mttotais. A massa Mmde matriz, portanto, pode ser determinada
pela diferença entre a massa de celulose e a massa total, como indicado na Equação 16.
(16) Mm= Mt− Mc
Graficamente, é possível observar as parcelas de massa dos componentes das placas de compósito na Figura 44.
Figura 44 – Distribuição de massa nas placas de compósito, em g
Fonte: A Autora (2020)
Na Figura 44, fica evidente que, em todas as placas, a massa de resina é superior à de celulose, mas que essa diferença diminui conforme o número de películas da placa aumenta.
De forma análoga, é possível determinar o volume de resina, Vm, pela Equação
17 com base nas informações das Tabelas 7 e 9.
(17) Vm = Vt− Vc
Como espaços vazios não apresentam massa, mas apresentam um volume impossível de ser medido na prática, a Equação 16 apresenta resultados mais próximos da realidade do que a Equação 17, que na parcela Vm não contém apenas o volume de
resina, como se é esperado, mas também o volume de vazios.
Figura 45 – Distribuição de volume nas placas de compósito, em mm³
Fonte: A Autora (2020)
Graficamente, as parcelas volumétricas de celulose e resina éster vinílica podem ser observadas na Figura 45. Logicamente a diferença de volumes ocupados
pela matriz e pela resina diminuem com o aumento do número de películas, semelhante a tendência que ocorre com a massa.
Uma dimensão que merece ser analisada com mais detalhe, tanto nas placas de celulose pura quanto nas placas de compósito, é a espessura, dada sua importância na construção de estruturas de material compósito, já que se relaciona fortemente com a rigidez da estrutura. A Figura 46 apresenta a variação dessa dimensão nas placas de compósito e nas placas com múltiplas camadas de celulose bacteriana pura.
Figura 46 – Variação da espessura das placas em função do número de películas
Fonte: A Autora (2020)
Apesar de seguir uma tendência de aumento em função do número de películas de celulose, a espessura não varia de forma linear. Há diversas razões para que isso ocorra, mas nas placas de material compósito isso pode ser relacionado ao processo de laminação manual, que não permite um controle rígido e padronizado do processo. Nas placas de celulose pura, uma das principais razões é que a síntese da celulose pela bactéria, mesmo com diversos fatores do cultivo controlados, ainda possui aspectos aleatórios relacionados à síntese do organismo.
4.4 FRAÇÕES MÁSSICAS E VOLUMÉTRICAS DAS PLACAS DE COMPÓSITO