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INCORPORAÇÃO DE FIBRAS CURTAS DE BAMBU (Bambusa vulgaris) E RESÍDUOS INDUSTRIAIS DE CAULIM EM COMPÓSITOS DE MATRIZ. INCORPORAÇÃO DE FIBRAS CURTAS DE BAMBU (Bambusa vulgaris) E RESÍDUOS INDUSTRIAIS DE CAULIM EM COMPÓSITOS DE MATRIZ POLÍMERA: RESISTÊNCIA À TRAÇÃO E.

PROBLEMÁTICA E JUSTIFICATIVA

Portanto, este trabalho tem como objetivo estudar a resistência à tração de um material compósito de matriz polimérica reforçado com fibra de bambu (15 e 30 mm de comprimento), um compósito com carga de resíduo de caulim sílex e um material compósito de matriz polimérica híbrida com fibra/resíduo.

OBJETIVOS

Objetivo geral

Objetivos específicos

COMPÓSITOS

Composição e classificação dos compósitos

Segundo Askeland (2014), os compósitos reforçados com fibras podem ser tanto isotrópicos quanto anisotrópicos, enquanto os compósitos reforçados com partículas terão apenas propriedades isotrópicas, enquanto os compósitos laminares terão apenas propriedades anisotrópicas.

MATRIZES

Compósitos Poliméricos

Parâmetros estruturais de polímeros como: cristalinidade, presença de grupos polares, massa molar, copolimerização, reticulações, entre outros. Os compósitos poliméricos apresentam alta resistência mecânica devido às suas propriedades e à variedade de combinações entre a resina polimérica e a fase dispersa (COSTA, 2012).

Definição e classificação das matrizes poliméricas

Resina Poliéster Isoftálica

Mudanças nas variáveis primárias durante a reação não afetam o tipo de produto final, apenas alteram o rendimento da reação (CANEVAROLO JR., 2006). Os termoplásticos, como náilon, polipropileno, etc., e os plásticos termoendurecíveis, como o poliéster insaturado e a resina epóxi, são amplamente utilizados quando reforçados com fibras (CANEVAROLO JR., 2006).

COMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRAS

O desempenho do material compósito reforçado com fibras é avaliado pelo comprimento, formato, orientação e composição das fibras, bem como pelas propriedades mecânicas da matriz, além do arranjo das fibras umas em relação às outras, a concentração do as fibras e sua distribuição são fatores que influenciam as propriedades dos compósitos reforçados com fibras (VENTURA, 2009). Os materiais compósitos reforçados com fibras curtas são frequentemente produzidos misturando as fibras com uma matriz líquida ou plástica e depois usando técnicas convencionais, como moldagem por injeção para compósitos com matriz polimérica ou fundição para compósitos com matriz metálica, e também por um método de pulverização, que utiliza fibras curtas. fibras. fibras misturadas com resina polimérica são injetadas em um molde e depois endurecidas (ASKELAND, 2014).

FIBRAS

Bambu (Bambusa Vulgaris)

Bambu é o nome dado a todas as plantas da subfamília Bambusoideae, onde faz parte da família das gramíneas (VASCONCELLOS, 2004). A resistência do bambu está relacionada a fatores como: espécie, características do solo e do clima, teor de umidade do bambu e idade de queda dos caules (OLIVEIRA, 2013a). Vasos condutores: vasos que conduzem água e seiva, que devem ser distribuídos por todas as partes do bambu;

O colmo do bambu possui formato tubular cônico e segmentado, pois geralmente é formado por uma série alternada de nós e entrenós, reduzindo seu diâmetro na base. O bambu é uma matéria-prima renovável e seus colmos possuem fibras que podem ser incorporadas como reforços em materiais compósitos, substituindo assim as fibras sintéticas que possuem um processo de fabricação de alto custo (REIS, 2012).

CARGAS NOS COMPÓSITOS

Resíduo Industrial: Caulim

A mina de Ipixuna, de propriedade da exploradora Imerys Rio Capim Caulim S/A - IRCC, extrai caulim sedimentar e produz matéria-prima final para a indústria papeleira. No processo de processamento do caulim, essas empresas geram um grande impacto ao meio ambiente durante a conversão do caulim bruto em produto comercial (ROCHA JUNIOR; ANGELICA; NEVES, 2015). A indústria de beneficiamento de caulim, que produz resíduos à base de sílica, mica e caulinita, gera diferentes tipos e níveis de resíduos de caulim, correspondendo a 80 a 90% do total investigado, o que causa grande impacto ao meio ambiente (ANJOS, 2011) .

2003) verificaram a caracterização mineralógica e geoquímica de dois tipos de caulim duro ou sílex da região do rio Capim, no estado do Pará. Foram utilizados tipos de caulim dependendo do teor de ferro: caulim branco duro (CDB) e caulim duro com inferno (CDF).

COMPÓSITOS HÍBRIDOS

El banna (2017) estudou a influência de resíduos de minério de cobre nas propriedades físicas e mecânicas de compósitos poliméricos. Em relação aos compósitos de matriz polimérica com adição de sucata industrial de cobre, constatou-se que nos ensaios de tração mecânica, os compósitos de 30% e 40% obtiveram resultados próximos ou superiores à matriz completa. Oliveira (2013b) verificou as propriedades mecânicas do efeito da adição de lama vermelha como carga em compósitos de matriz polimérica reforçados com fibras naturais de curauá.

FRACTOGRAFIA

DIFRAÇÃO DE RAIO-X

ENSAIO DE TRAÇÃO

O procedimento de ensaio de tração consiste em aplicar uma tensão de trabalho uniaxial crescente, medindo seu comportamento de forma precisa no corpo de prova até sua ruptura (JORGE TEÓFILO). O ensaio de tração proporciona uma medição satisfatória da resistência do material e é frequentemente utilizado como teste para controle de qualidade de matérias-primas para diversos processos (DALCIN, 2017; BAYER, 2013). A deformação do material ensaiado é medida e definida por qualquer dimensão deste corpo que muda para uma unidade de mesma dimensão quando submetido a qualquer tensão (JORGE TEÓFILO).

Quando há linearidade entre tensão e deformação, tornando-as proporcionais, esse processo é denominado deformação elástica, onde o comportamento gráfico se aproxima de uma função de primeiro grau, com a tensão em função da deformação (JORGE TEÓFILO). É chamada de deformação plástica quando o material é esticado e não consegue recuperar sua forma original após a remoção das tensões aplicadas (FREDEL; ORTEGA; BASTOS).

EQUIPAMENTOS UTILIZADOS

MATERIAIS

Matriz polimérica

AEROJET (Peróxido de Metiletilcetona [MEK-P]), obtido da empresa Aerojet Brasileira de Fibra de Vidro LTDA. O acelerador de cobalto utilizado para a preparação dos compósitos foi o produto comercial denominado CAT MET UMEDECIDO (1,5 Cobalt Octoate Solution.. adquirido da empresa Aerojet Brasileira de Fibra de Vidro LTDA.

Fibra de bambu

Resíduo Industrial: Caulim flint

PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

Aquisição das fibras de Bambu
Aquisição dos resíduos de caulim flint
Caracterização do Resíduo de Caulim

Difração de Raio-X

Produção dos Compósitos

Etapas da Produção dos Corpos de Prova

Ensaios de Resistência a Tração
Análise das Superfícies de Fratura

Para a produção de compósitos completos de matriz polimérica, matriz polimérica reforçada com fibras de bambu nos comprimentos de 15 e 30 mm, compósitos poliméricos com adição de resíduos industriais de caulim e compósitos poliméricos híbridos fibra/resíduo, um molde metálico em forma de placa retangular com dimensões: 320 mm x 172, 5 mm x 5 mm. Após a pesagem, tanto as fibras quanto o resíduo de caulim foram levados à estufa à temperatura de 105°C por 10 e 20 minutos, respectivamente, para retirada da umidade. Em seguida iniciou-se a produção das placas, primeiro produzindo placas completas, ou seja, sem carga, depois foram confeccionadas placas de resina de poliéster ácido isoftálico com inserções de reforço de fibra de bambu nos comprimentos de 15 e 30 mm, com as seguintes proporções de bambu fibras: 1, 2 e 3.

Em seguida, foram preparadas placas de resina poliéster de ácido isoftálico adicionando resíduo de caulim nas seguintes proporções e 40% de resíduo de caulim. Por fim, foram preparadas placas híbridas fibra/resíduos compósitos com proporção de fibra de 3% e resíduos industriais de caulim nas proporções de 10, 20 e 30.

CARACTERIZAÇÃO DO RESÍDUO DE CAULIM FLINT

Difração de Raio-X

MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV)

Microscopia da fibra de bambu

Microscopia do resíduo de caulim flint

ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

Material compósito com reforço de bambu 15 mm

Os compósitos de bambu no comprimento de 15 mm obtiveram valores de resistência superiores em comparação com outros pesquisadores (COSTA, 2012; SANTOS et al., 2017). A Figura 19 ilustra o gráfico Força x Deslocamento e a Figura 20 ilustra o gráfico de barras comparativo tanto dos compósitos de matriz não preenchida quanto dos compósitos com adição de fibras de bambu de 15 mm nas frações de F 1 %, F 2 % e F 19. gráfico relacionando o força (N) e deslocamento (mm) de compósitos poliméricos com reforço de fibra de bambu de 15 mm, onde pode-se observar que a fração de 3% de fibras de bambu suportou uma força maior que as demais.

A Figura 20 ilustra o gráfico que mostra o comportamento da resistência à tração versus a proporção de fibra de bambu de 15 mm. Ao analisar as micrografias da superfície de fratura da amostra feita de uma matriz polimérica e uma fração de 1% de fibras de bambu de 15 mm, podem ser vistos ‘rastros de rio’. seta marrom) indicando uma fratura frágil.

Material compósito com reforço de bambu 30 mm

A micrografia da Figura 27 mostra a superfície de fratura do compósito de matriz polimérica com adição de resíduo de caulim líqueno. A Figura 29 ilustra o gráfico do comportamento da resistência à tração (MPa) versus relação de compósitos híbridos resíduo/fibra de 15 mm. As micrografias da Figura 30 mostram as superfícies de fratura do compósito de matriz polimérica com adição de resíduo de sílex de caulim e fibras de bambu em comprimentos de 15 mm.

A Figura 31 ilustra o gráfico Força x Deslocamento e a figura 32 ilustra o gráfico de barras comparativo, tanto dos compósitos de matriz não preenchida quanto dos compósitos híbridos reforçados com resíduo de caulim e fibras de bambu de 30 mm em frações de 10RC%+3%F, 20RC%+3%F e 30RC%+3%F. A Figura 32 ilustra o gráfico do comportamento da resistência à tração (MPa) versus proporção de compósitos híbridos sucata/fibra de 30 mm. Os compósitos híbridos de resíduo duro de caulim e fibras de bambu de 15 mm não apresentaram valor de resistência significativo.

Produzir e analisar as propriedades físicas de placas compostas de matriz polimérica com reforço de fibra de bambu e enchimento de resíduo industrial de caulim sílex.

Material compósito com reforço de resíduo de caulim flint

Material compósito híbrido com reforço de resíduo de Caulim e bambu 15

Os compósitos poliméricos com introdução de resíduos de caulim e reforço de fibra de bambu de 15 mm foram avaliados quanto à sua resistência mecânica através do ensaio de tração, onde foram obtidos os seguintes resultados conforme Tabela 10. Na Tabela 10 foi possível observar a partir dos resultados que a resistência à tração dos compósitos poliméricos híbridos reforçados com resíduos de caulim e fibras de bambu de 15 mm obtiveram valores inferiores ao valor em. Também foi possível observar que apenas a proporção de 20% RC + 3%F apresentou valor de resistência mecânica semelhante à matriz pura.

Reis (2012) observou que a incorporação de fibras de bambu e pó de sementes de açaí na matriz polimérica diminuiu a resistência mecânica do compósito. A Figura 28 ilustra o gráfico Força x Deslocamento e a Figura 29 ilustra o gráfico comparativo de colunas tanto de compósitos de matriz não preenchida quanto de compósitos híbridos reforçados com resíduos de caulim e fibras de bambu de 15 mm em frações de 10RC%, 2%F + 3% F, e 30RC% +3% F.

Material compósito híbrido com reforço de resíduo de Caulim e bambu 30

A fratura da Figura 33 do compósito de matriz polimérica com adição de resíduos de sílex de caulim e fibras de bambu de 30 mm mostra uma superfície de fratura com muitas fibras quebradas (setas brancas), os fenômenos de desprendimento das fibras da matriz (setas pretas), o que danifica a resistência dos compósitos. O menor valor de resistência à tração foi o dos compósitos confeccionados com fibras de bambu de 30 mm na fração de 2%, o que deu valor de 17,36 MPa. O menor valor registrado foi de 0,84 GPa, que foi o valor para compósitos de matriz polimérica reforçados com fibras de bambu de 30 mm na fração 2.

Avaliação da resistência ao impacto de compósitos com matriz de poliéster reforçados com fibras naturais curtas. Resistência à tração de compósitos poliméricos híbridos com fibras de bambu e pó de semente de açaí.