Desenvolvimento de compósito um de matriz polimérica com carga/reforço de fibras de piaçava e pet pós-consumo

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA. DESENVOLVIMENTO DE COMPÓSITO UM DE MATRIZ POLIMÉRICA COM CARGA/REFORÇO DE FIBRAS DE PIAÇAVA E PET PÓS-CONSUMO. Tese submetida à UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE como parte dos requisitos para a obtenção do grau de DOUTOR EM ENGENHARIA MECÂNICA. RUDSON DE SOUZA LIMA Orientador: Prof. Dr. José Ubiragi de Lima Mendes. Natal/RN Junho de 2017.

(2) i RUDSON DE SOUZA LIMA. DESENVOLVIMENTO DE UM COMPÓSITO DE MATRIZ POLIMÉRICA COM CARGA/REFORÇO DE FIBRAS DE PIAÇAVA E PET PÓS-CONSUMO. Tese apresentada ao Programa de PósGraduação em Engenharia Mecânica, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) como requesito parcial para obtenção do título de Doutor em Engenharia Mecânica.. Orientador: Prof. Dr. José Ubiragi de Lima Mendes. Natal/ RN Junho de 2017.

(3) ii. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede Catalogação da Publicação na Fonte Lima, Rudson de Souza. Desenvolvimento de compósito um de matriz polimérica com carga/reforço de fibras de piaçava e pet pós-consumo / Rudson de Souza Lima. - 2017. 114 f. : il. Tese (doutorado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Natal, RN, 2017. Orientador: Prof. Dr. José Ubiragi de Lima Mendes. 1. Compósito - Tese. 2. Polietileno tereftalato (PET) - Tese. 3. Piaçava - Tese. 4. Epóxi - Tese. I. Mendes, José Ubiragi de Lima. II. Título. RN/UF/BCZM. CDU 620.1.

(4) iii UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE - UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA. DESENVOLVIMENTO DE UM COMPÓSITO DE MATRIZ POLIMÉRICA COM CARGA/REFORÇO DE FIBRAS DE PIAÇAVA E PET PÓS-CONSUMO. RUDSON DE SOUZA LIMA Esta tese foi julgada adequada para a obtenção do título de Doutor EM ENGENHARIA MECÂNICA sendo aprovada em sua forma final.. ______________________________________ Orientador: Prof. Dr. José Ubiragi de Lima Mendes. BANCA EXAMINADORA. _________________________________________ Prof. Dr. José Ubiragi de Lima Mendes. _________________________________________ Dr. Elmo Thiago Lins Cöuras Ford. _________________________________________ Dr. Natanaeyfle Randemberg Gomes dos Santos. _________________________________________ Dr. Dorgival Albertino da Silva Júnior. __________________________________________ Dra. Maria Kalionara de Freitas Mota.

(5) iv. Dedico este trabalho aos meus pais, Rosildo e Lindalva, que tudo me ensinaram e graças a eles eu estou podendo conquistar todas as minhas vitórias..

(6) v. AGRADECIMENTOS A Deus, pela sua constante presença, abençoando-me com a luz, a força e a paz necessária. Ao meu pequeno príncipe, Ruan, filho amado, que na sua dependência faz-me mais perseverante em todas as minhas conquista. A minha família, pela compreensão e apoio, sem os quais nada teria sido possível. Ao professor Dr. José Ubiragi de Lima Mendes, pela atenção, paciência e orientação na elaboração deste trabalho. Sem sua enorme competência isso não seria possível. A amiga e parceira, Synara Lucien, pelas dicas e soluções de problemas enfrentados ao longo de todo o trabalho. Ao amigo e companheiro de trabalho, Samir Adson, pelo apoio dado em muitos passos dos procedimentos experimentais. A Ana Keuri, aluna e estagiária do laboratório da Engenharia Mecânica na UFERSA/Caraúbas, por suas enormes contribuições em algumas etapas do trabalho. Ao colega de trabalho Wendell Albano que cedeu gentilmente seu microscópio pessoal para as análises dos corpos de prova. À amiga e companheira de trabalho Guymmann da Silva, pelo apoio em fornecimento de material didático para estudos. À amiga e companheira de trabalho Andrea Freitas pelo apoio na tradução do abstract. Ao laboratório de peneiras moleculares (LABPEMOL) da UFRN por sua contribuição nos ensaios de Termogravimetria. A minha noiva, Isabelle Fagundes, por todo apoio e incentivo dado durante a fase final deste desenvolvimento. A todos os amigos do laboratório de mecânica dos fluidos que me acompanharam ao longo desta trajetória..

(7) vi. “Posso não concordar com o que você diz, mas defenderei até a morte o seu direito de dizê-lo”. Atribuição de Evelyn Beatrice Hall ao filósofo iluminista François Marie Arouet (Voltaire)..

(8) vii LISTA DE FIGURAS Figura 1. Disposição de reforço particulado na matriz. ............................................................ 4 Figura 2. Disposição de fibras contínuas em compósitos. a) Unidirecional, b) Bidirecional, ... 4 Figura 3. Esquema representativo do processo RTM proposto por Miranda (2015). ............... 6 Figura 4. Vassouras produzidas com PET reciclado. .............................................................. 12 Figura 5. a) Borra da piaçava b) Aplicação da borra da piaçava em coberturas. .................... 13 Figura 6. a) Fado da fibra da piaçava b) Aplicação de piaçava em produção de vassouras. ... 14 Figura 7. Esquema de medição de densidade segundo Júnior, 2005 ...................................... 19 Figura 8. Material prismático submetido à flexão. .................................................................. 21 Figura 9. Representação de um carregamento de impacto. ..................................................... 22 Figura 10. Relações entre a dureza e o limite de resistência a tração para aço, latão e ferro fundido. ..................................................................................................................................... 24 Figura 11. Transferência de calor em uma parede plana ......................................................... 26 Figura 12. Microscópios: a) MEV (Unisinos, 2017) b) MET (Prolab, 2017) c) Microscópio óptico (Prolab, 2017) ................................................................................................................ 29 Figura 13. Projeto do fatiador de garrafa PET. ....................................................................... 31 Figura 14. Fatiador de garrafa PET. ........................................................................................ 31 Figura 15. Processo de produção dos fios de PET. ................................................................. 32 Figura 16. a) Fios produzidos; b) Fios em aproximação. ........................................................ 33 Figura 17. Fibra do PET antes e após o lixamento. ................................................................. 33 Figura 18. Placa para seleção da fibra de piaçava. .................................................................. 34 Figura 19. Fibras da piaçava. ................................................................................................... 35 Figura 20. Amostra dos tecidos da fibra: a)Tecido de PET. b)Tecido de Piaçava. c)Tecido hibrido (PET e piaçava). ........................................................................................................... 36 Figura 21. Molde para produção do compósito por RTM em corte. ....................................... 38 Figura 22. Balança de precisão utilizada na pesagem da resina. ............................................. 38.

(9) viii Figura 23. a)Furadeira utilizada como agitador mecânico; b)Agitador. utilizado na. homogeneização da resina. ....................................................................................................... 39 Figura 24. Representação em corte e real do aparato de filtragem de bolhas. ........................ 40 Figura 25. Aparato de RTM montado. .................................................................................... 40 Figura 26. Placas de 2,5 mm. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. .......................................................................................................... 41 Figura 27. Placas de 5 mm. a) Resina pura & Resina + Piaçava; b) Resina + PET + Piaçava & Resina + PET. ........................................................................................................................... 42 Figura 28. Molde para a produção dos corpos de prova de 12,7 mm...................................... 43 Figura 29. Placas de 12,7 mm. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. .......................................................................................................... 43 Figura 30. Molde para os corpos de prova dos ensaios térmicos. ........................................... 44 Figura 31. Aparato de corte de corpos de prova. ..................................................................... 45 Figura 32. Material em corte. .................................................................................................. 45 Figura 33. Corpos de prova para ensaio de tração. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. .................................................................................... 47 Figura 34. Corpos de prova após os ensaios. .......................................................................... 47 Figura 35. Máquina universal de ensaios da EMIC. ............................................................... 48 Figura 36. Demonstrativo dimensional do ensaio de flexão. .................................................. 49 Figura 37. Recomendação de corpos de prova de compressão. a) Corpo de Prova de secção quadrada; b) Corpo de prova de secção circular....................................................................... 50 Figura 38. Dimensionamento dos corpos de prova para ensaio de impacto. .......................... 51 Figura 39. Especificação para o impacto de charpy. ............................................................... 51 Figura 40 Durômetro Kori Seik MFG. a) Frente do equipamento; b) verso do equipamento 52 Figura 41. Determinador de Umidade Série ID-V 1.8 – Marte. .............................................. 53 Figura 42. Corpos de prova do ensaio de absorção de água. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. .................................................................... 54 Figura 43. Balança de densidade utilizada. ............................................................................. 55.

(10) ix Figura 44. Corpos de prova de densidade. .............................................................................. 56 Figura 45. KD2 - PRO. ............................................................................................................ 57 Figura 46. Agulhas de teste do KD2 – PRO............................................................................ 57 Figura 47. Corpos de prova para ensaios térmicos. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. ........................................................................ 58 Figura 48. Procedimento de Medição das propriedades térmicas. .......................................... 59 Figura 49 Equipamento de Termogravimetria utilizado para o ensaio. .................................. 59 Figura 50. Microscópio digital (Eletronic Magnifier). ............................................................ 60 Figura 51. Círculo de 300 μm visto pela lente do microscópio............................................... 60 Figura 52. Resultados dos ensaios de Tração. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. ....................................................................................... 61 Figura 53. Módulos de elasticidade dos materiais sob tração. ................................................ 63 Figura 54. Secção de rompimento dos corpos de prova de tração. ......................................... 64 Figura 55. Visualização microscópica na secção de rompimento. a) Referência de visualização de 500 μm; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. 65 Figura 56. Resultado dos ensaios de Flexão. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. ....................................................................................... 66 Figura 57. Secção de rompimento dos corpos de prova de flexão reforçados. ....................... 67 Figura 58. Módulos de elasticidade dos materiais sob flexão. ................................................ 69 Figura 59. Resultado dos ensaios de compressão. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. .................................................................................... 70 Figura 60. Módulos de elasticidade dos materiais sob compressão. ....................................... 72 Figura 61. Corpos de prova após o ensaio de compressão. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. .................................................................... 73 Figura 62. Gráfico das densidades. ......................................................................................... 77 Figura 63. Gráfico da absorção de água ao longo dos dias de imersão. .................................. 79 Figura 64. Gráfico da condutividade térmica dos materiais .................................................... 80 Figura 65. Gráfico da resistividade térmica dos materiais ...................................................... 81.

(11) x Figura 66. Gráfico do calor específico dos materiais .............................................................. 82 Figura 67. Gráfico da difusividade térmica dos materiais ....................................................... 83 Figura 68. Resultado da Análise Termogravimétrica .............................................................. 84.

(12) xi LISTA DE TABELAS. Tabela 1. Principais tipos de matrizes. ...................................................................................... 7 Tabela 2. Especificação da resina epóxi. ................................................................................. 37 Tabela 3. Dimensões e tolerâncias recomendadas para os corpos de prova em ensaios de impacto. .................................................................................................................................... 51 Tabela 4. Módulos de elasticidade à tração dos materiais. ...................................................... 63 Tabela 5. Módulos de elasticidade à flexão dos materiais. ..................................................... 68 Tabela 6. Módulos de elasticidade à compressão dos materiais. ............................................. 72 Tabela 7. Resultados dos ensaios de dureza ............................................................................ 74 Tabela 8. Resultados dos ensaios de teor de umidade. ............................................................ 75 Tabela 9. Resultados dos ensaios de densidade. ...................................................................... 76 Tabela 10. Valores médios do teor de absorção de água ......................................................... 78.

(13) xii LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ASTM. – American Society for Testing and Materials. AT. – Ácido Tereftalato. BMC. – Bulk Molding Compound. DMT. – Dimetil Tereftalato. HMC. – High Sheet Molding Compoud. MET. – Microscópio Eletrônico de Transmissão. MEV. – Microscópio Eletrônico de Varredura. PA. – Poliamida. PC. – Policarbonato. PEAD. – Polietileno de Alta densidade. PEEK. – Poliestercetona. PET. – Polietileno Tereftalato. PF. – Fenoplástica. PI. – Poliamida. POM. – Poliacetal. PPS. – Polipropileno. PSP. – Poliesterilpirionina. PSU. – Polisulfona. PU. – Poliuretano. PVC. – Policloreto de Vinila. RIM. – Resin Injection Molding. R-RIM. – Reinforced RIM. RTM. – Resin Transfer Molding. SI. – Silicone. SMC. – Sheet Molding Compound. TGA. – Análise Termogravimétrica.. TPA. – Ácido Tereftalato. UFERSA. – Universidade Federal Rural do Semi-árido. UFRN. – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. UP. – Poliéster Insaturado.

(14) xiii NOMENCLATURAS A. – Área da secção transversal do material (m²) (em cálculos de resistência mecânica). A. – Área da parede em sua secção transversal ao escoamento de calor (m²) (em cálculos térmicos). cv. – Calor específico a volume constante (kJ/kg.K). cp. – Calor específico a pressão constante (kJ/kg.K). Dv. – Densidade volumétrica do laminado (g/cm³). E. – Módulo de elasticidade do material (Pa). F. – Força aplicada no material (N). h. – Entalpia específica (kJ/kg). Kx. – Condutividade térmica (W/m.K). L. – Espessura da parede (m). M. – Massa do corpo de choque (kg). mA. – Peso da amostra seca (g). mF. – Peso do fio que prenderá a amostra, parcialmente imerso em água (g). mFA. – Peso do fio juntamente com a amostra, ambos imersos em água (g). q”x. – Taxa de transferência de calor no sentido “x” (W). Rparede. – Resistência térmica de uma parede (K/W). T. – Temperatura (K). Tg. – Temperatura de transição vítrea (K). Tm. – Temperatura de fusão cristalina (K). u. – Energia interna específica (kJ/kg). Um. – Energia máxima dissipada no impacto (J). V. – Volume do corpo de prova (m³). α. – Difusividade térmica (m²/s). ρ. – Massa específica do material (kg/m³). σ. – Tensão ao qual o material está submetido (Pa). σm. – Tensão máxima ao impacto do material (Pa). ε. – Deformação ao qual o material está submetido. ʋ0. – Velocidade do impacto (m/s). jT/jx. – Derivada da Temperatura em relação à distância “x” (K/m).

(15) xiv RESUMO Diante da realidade mundial de preservação ambiental, da necessidade de reaproveitamento de insumos, redução de custos e melhoramento de propriedades, tem-se desenvolvido muitas tecnologias que atendam a uma série desses fatores e, se possível, a todos. Nesse sentido, os materiais compósitos assumem um papel de destaque nesse desenvolvimento de novos materiais. O PET (Polietileno tereftalato) tem sido muito utilizado pela indústria mundial em várias aplicações, onde a principal dessas é a produção de embalagens de produtos de alimentícios, em que as indústrias de refrigerantes são os grandes consumidores desse produto. Já na linha de fibras naturais, existe uma vasta quantidade de opções de uso em aplicações de engenharia (Sisal, carnaúba, algodão, piaçava, etc.). Diante do exposto, esse trabalho visa à produção, caracterização (Mecânicos, térmicos e físicos) e comparação de uma série de configurações de materiais compósitos com uma matriz polimérica (Epóxi) com reforço de PET pós-consumo e piaçava (Resina epóxi para referência; epóxi com fibras de PET; epóxi com fibras de piaçava; e compósito híbrido). Os compósitos foram produzidos com fibras bidirecionais em forma de tecido, as fibras tinham espaçamento entre elas de 1 cm. Os materiais reforçados promoveram aumento de algumas propriedades, como flexão, que apresentou um incremento de cerca de 25% na tensão máxima admissível do material. Observou-se que a ordenação das fibras em sentido unidirecional pode melhorar as resistências mecânicas do compósito, isso porque, de forma geral, todas as rupturas dos ensaios ocorreram em uma secção de fragilização provocada pelas fibras transversais aos esforços. Quando submetidos a esforços mecânicos, o compósito com reforço/carga de PET apresentou-se como a melhor configuração, o qual apresentou um módulo de elasticidade em regime de flexão 24% maior que a resina pura. Já em análise térmica, o compósito híbrido apresentou melhores características para isolamento térmico, visto que sua condutividade térmica reduziu em 2% quando comparado com o epóxi puro.. Palavras Chaves: Compósito. PET. Piaçava. Epóxi..

(16) xv ABSTRACT. Over the world reality of environment preservation, the necessity of reuse supplies, reduction of costs and improvement of properties, it has been developed many technologies that support a series of these factors and, if possible all of them. In this sense, the composite materials assume a special role in the growth of new materials. The PET (polyethylene terephthalate) has been utilized by worldwide industries in many different applications, from which the principal one of them is the packaging of food production, wherefrom the soft drink industries are the most substantial consumer of this product. As for natural fibers research line, there is a vast quantity of options for engineering application handling (Sisal, carnauba, cotton, piassava, etc.) In the face of what has been exposed, this research strives for the production, characterization (Mechanical, thermal and physical) and comparison of a series of configurations in the composite materials with a polymer matrix (Epoxy) with reinforcement of PET after consummation and piassava (epoxy resin for reference; enhancement resin with piassava fibers; and hybrid composite). The composites were produced with bidirectional fibers in a format of tissue, the fibers had spaces between them of 1 centimeter. The reinforced materials promoted increment of some properties, such as flection, that presented an enhancement of nearly 25% of maximum tension admitted in the material. It was observed however, that the ordination of the fibers in a unidirectional way might improve the mechanic resistance of the composite, that´s because, in general form, all the ruptures occur in one section of fragilization provoked by the transversal fibers to the reinforces. While submitted to mechanic reinforces, the composite with reinforce/charge of PET presented itself with an improved configuration, Which showed a modulus of elasticity in a regime of flexion 24% larger than the pure resin. As for the thermal analysis, the hybrid composite presented enriched characteristics for the thermal insulation, since its thermal conductivity reduced by 2% when compared to the pure epoxy.. Keywords: Composite. PET. Piassava. Epoxy..

(17) xvi. SUMÁRIO. 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 1 1.1. Objetivos .......................................................................................................................... 2 1.1.1. Objetivo Geral ................................................................................................................ 2 1.1.2.. Objetivos Específicos ................................................................................................... 2. 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................... 3 2.1. Materiais Compósito ....................................................................................................... 3 2.1.1. Processos de Fabricação de Compósitos ....................................................................... 5 2.1.1.1. RTM (Resin Transfer Molding) .................................................................................. 6 2.2. Matriz ............................................................................................................................... 7 2.2.1. Resina Epóxi .................................................................................................................. 8 2.3. Reforços/Cargas em Compósitos ................................................................................. 10 2.3.1. PET .............................................................................................................................. 10 2.3.2 Piaçava .......................................................................................................................... 12 2.4. Estado da Arte ............................................................................................................... 15 2.5. Caracterização de Materiais ........................................................................................ 17 2.5.1. Absorção de Água ........................................................................................................ 17 2.5.2. Teor de Umidade ......................................................................................................... 18 2.5.3. Densidade..................................................................................................................... 18 2.5.4. Resistência Mecânica ................................................................................................... 19 2.5.4.1. Resistência à tração ................................................................................................... 20 2.5.4.2. Resistência à compressão .......................................................................................... 20 2.5.4.3. Resistência à flexão .................................................................................................. 21 2.5.4.4. Resistência ao impacto .............................................................................................. 22 2.5.4.5. Ensaio para determinação de dureza ......................................................................... 23 2.5.5. Caracterização Térmica ............................................................................................... 24 2.5.5.1. Condutividade térmica .............................................................................................. 24 2.5.5.2. Resistividade térmica ................................................................................................ 25 2.5.5.3. Calor específico ........................................................................................................ 26.

(18) xvii 2.5.5.4. Difusividade térmica ................................................................................................. 27 2.5.5.5. Termogravimetria. .................................................................................................... 27 2.4.6. Microscopia ................................................................................................................. 28 3.. MATERIAIS E MÉTODOS .......................................................................................... 30. 3.1.. Obtenção do fio de PET ............................................................................................... 30. 3.1.1.. O Fatiador de Garrafa PET ......................................................................................... 30. 3.2.. A fibra da Piaçava........................................................................................................ 34. 3.3.. A Confecção do Reforço/Carga. ................................................................................. 35. 3.4.. A Escolha da Matriz .................................................................................................... 36. 3.5.. A Produção do Molde .................................................................................................. 37. 3.6.. A Produção do Compósito. ......................................................................................... 40. 3.7.. O Corte dos Corpos de Prova ..................................................................................... 44. 3.8.. Os Ensaios ..................................................................................................................... 46. 3.8.1. Ensaios Mecânicos ....................................................................................................... 46 3.8.1.1. Ensaio de tração ........................................................................................................ 46 3.8.1.2. Ensaio de flexão ........................................................................................................ 48 3.8.1.3. Ensaio de compressão ............................................................................................... 49 3.8.1.4. Ensaio de impacto ..................................................................................................... 50 3.8.1.5. Ensaio de dureza ....................................................................................................... 52 3.8.2. Ensaio de Teor de Umidade ......................................................................................... 53 3.8.3. Ensaio de Absorção de Água ....................................................................................... 54 3.8.4. Ensaio de Densidade .................................................................................................... 55 3.8.5. Ensaios Térmicos ......................................................................................................... 56 3.8.6. Ensaios de Termogravimetria ...................................................................................... 59 3.8.7. Visualizações microscópicas ....................................................................................... 60 4.. RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................................... 61. 4.1. Características Mecânicas ............................................................................................ 61 4.1.1. Tração .......................................................................................................................... 61 4.1.2. Flexão........................................................................................................................... 66 4.1.3. Compressão .................................................................................................................. 69.

(19) xviii 4.1.4. Impacto ........................................................................................................................ 73 4.1.5. Dureza .......................................................................................................................... 73 4.2. Teor de Umidade ........................................................................................................... 75 4.3. Densidade ....................................................................................................................... 76 4.4. Absorção de água .......................................................................................................... 78 4.5. Resultados Térmicos ..................................................................................................... 80 4.5.1. Condutividade e resistividade térmica. ........................................................................ 80 4.5.2. Calor Específico ........................................................................................................... 82 4.5.3. Difusividade Térmica .................................................................................................. 83 4.5.4. Termogravimetria (TGA)............................................................................................. 84 5.. CONCLUSÕES .............................................................................................................. 86. 6.. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ........................................................ 88. 7. REFERÊNCIAS ............................................................................................................... 89.

(20) 1. 1. INTRODUÇÃO Diante da busca incessante por novos materiais que possam atender às mais variadas. necessidades da sociedade, além de buscar cada vez mais o aprimoramento das propriedades dos materiais já conhecidos atualmente, uma maneira bastante utilizada para a obtenção de melhoramentos nos materiais são os compósitos, os quais são definidos como sendo qualquer material multifase que exibe uma proporção significativa das propriedades de ambas as fases que o constituem, de modo tal que é obtida uma melhor combinação de propriedades (CALLISTER, 2013). Ainda segundo Callister (2013), os compósitos híbridos são aqueles formados por dois ou mais tipos de fibras diferentes em uma única matriz. Esses compósitos híbridos tendem a apresentarem melhores combinações globais de propriedades do que os compósitos formados por apenas um tipo de fibra. Ainda na esfera ambiental, buscam-se soluções para a reutilização de plásticos, onde o consumo esmagador de Polietileno tereftalato grau garrafa (PET) constitui capítulo à parte entre as resinas produzidas no país. Embora o país consiga reciclar mais da metade da produção de PET, ainda é muito elevado o volume deste material em forma de garrafas, sendo necessário que existam também alternativas de seu reuso além da via de reciclagem. Apesar do benefício da resina PET poder ser utilizadas em inúmeras aplicações (abrigos, aerofólios, artigos esportivos, barcos, tanques, pias, banheiras e caixas d’água, entre outras) e sob diversos processos (laminação manual, spray up, enrolamento filamentar, pultrusão, prensagem a frio e prensagem a quente), sua participação no mercado está estagnada devido à falta de regularidade no fornecimento do material para reciclagem, e também da qualidade ainda duvidosa de alguns insumos (Revista Plástico Moderno, 2011). Não obstante, os compósitos reforçados com fibras naturais podem ser alternativas técnica e economicamente viável, em relação àqueles que usam fibras sintéticas, como a fibra de vidro. A incorporação de materiais ligninocelulósicos como componente reforçante em compósitos poliméricos tem recebido crescente atenção devido a vantagens importantes como: baixo custo, baixa densidade, boa resistência mecânica, baixa abrasividade aos equipamentos de processo, ser proveniente de fonte renovável de matéria-prima, ser biodegradável, atóxica, não poluente e etc. Dentro desta vertente citada acima, a fibra natural da piaçava é um poderoso elemento estrutural, além de ser de fácil obtenção. O principal período de safra da piaçava ocorre entre.

(21) 2. os meses de março e setembro, devido às condições climáticas favoráveis ao seu cultivo no período. Entretanto, colheitas em menores proporções são possíveis ao longo do ano inteiro. Dessa forma, neste trabalho é abordado um material compósito produzido a partir de fibras naturais de piaçava e fibras de PET com base em uma matriz polimérica.. 1.1.. Objetivos. 1.1.1. Objetivo Geral Desenvolver um compósito de matriz polimérica epoxídica com fibras de PET pósconsumo e fibra natural de piaçava.. 1.1.2. Objetivos Específicos - Obter filamentos com elevada relação comprimento/largura oriundos de pet pósconsumo para aplicação como reforço; - Conduzir os filamentos do PET a lixamento superficial para beneficiamento da adesão das fibras a matriz; - Obter fibras de piaçava e realizar uma seleção; - Confeccionar placas para ensaio do compósito utilizando o reforço em forma tecido trançado Produzidos através do método de RTM (Resin Transfer Molding); - Estudar o comportamento da adesão entre as camadas através de estudos micrográficos; - Caracterizar os compósitos produzidos..

(22) 3. 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Neste capítulo apresenta-se uma revisão bibliográfica sobre o tema estudado, por meio. da qual buscou-se demonstrar algumas das inúmeras aplicações, bem como históricos de produção e características dos materiais em estudo. Nessa conjectura, podem-se observar alguns pontos iniciais que viabilizam ou não o uso de determinados produtos ou insumos, assim como as limitações da produção dos corpos de prova e do produto final.. 2.1.. Materiais Compósito Dentre os grandes avanços tecnológicos ocorrentes nos últimos tempos na área de. materiais, pode-se observar a enorme invasão do mercado dos materiais compósitos, isso porque essa linha de materiais possibilita uma enorme variedade de propriedades associadas, isso apenas diversificando os produtos empregados (matriz e reforço), ou simplesmente as proporções dos materiais. Existem relatos da utilização dos materiais compósitos desde o Egito antigo, na fabricação de tijolos. Ou ainda no império Romano, na fabricação das espadas dos guerreiros, feitas de cobre e outros tipos de metais (REVISTA ABENDI, 2016). Callister (2013) define compósito como sendo qualquer material multifásico que exiba uma proporção significativa das propriedades de ambas as fases que o constituem, de tal modo que é obtida uma melhor combinação de propriedades. De Acordo com Câmara (2015), as propriedades dos compósitos dependem fundamentalmente da forma como os componentes individuais interagem entre si, os quais dependem basicamente dos seguintes fatores: Propriedades dos componentes individuais, porosidade, orientação e disposição do reforço, grau de interação entre as fases (características da interface) e o grau de homogeneidade e dispersão da mistura. Silva (2014) lembra que viscosidade e a cinética de cura são importantes no processamento e a interação fibra/resina está relacionada com o desempenho do compósito. Segundo Filho (2015) a finalidade das formulações dos materiais compósitos consiste em agregar características específicas de cada um dos materiais utilizados para a obtenção de um material resultante. E ainda que as características dos compósitos dependerão dos materiais utilizados em suas formulações, bem como da aplicação desejada..

(23) 4. Em suma, materiais compósitos são estruturas formadas por pelo menos duas fases (Reforço e matriz), os quais resultam em um material com características distintas das fases que os constituem. A seleção de um reforço e de uma matriz para um compósito não é arbitrária, uma vez que as duas ou mais fases devem ser escolhidas equacionando a eficiência desejada para o material (SILVA, 2014). Quanto à disposição do reforço, é possível citar algumas disposições comummente utilizadas em compósitos de estruturas macroscópicas. No caso de reforço particulado as maiores aplicações são na forma de partículas dispersas aleatórias, em que é disposto aleatoriamente o material do reforço e em seguida lançado a matriz sobre este (Figura 1). Figura 1. Disposição de reforço particulado na matriz.. Se tratando de fibras contínuas, têm-se três disposições usuais, que são: As fibras ordenadas unidirecionais (Figura 2a); Fibras ordenadas bidirecionais, que normalmente se apresentam transadas (Figura 2b); Ou ainda a disposição aleatória (Figura 2c). Nessas configurações citadas, existe uma expectativa de maiores resistências mecânicas nos reforços bidirecionais trançados, isso porque essa configuração tenderá a causar um intertravamento das fibras entre si, pois estas ficam entrelaçadas e consequentemente amarradas umas nas outras. Figura 2. Disposição de fibras contínuas em compósitos. a) Unidirecional, b) Bidirecional, c) Aleatório a). b). c).

(24) 5. Os tecidos trançados planos são formados por trama e urdume. Pela definição de Pereira (2009), Os fios dispostos no sentido horizontal são chamados de fios de trama e os fios dispostos no sentido vertical são chamados de fios de urdume. Os compósitos reforçados com fibras naturais podem ser alternativas, técnica e economicamente viável, com relação àqueles que usam fibras sintéticas, como a fibra de vidro. A incorporação de materiais ligninocelulósicos como componente reforçante em compósitos poliméricos tem recebido atenção crescente devido ao volume de aplicações e vantagens, tais como: baixo custo, baixa densidade, boa resistência mecânica, baixa abrasividade aos equipamentos de processo, ser proveniente de fontes renováveis de matériaprima, ser biodegradável e não tóxicas ou poluentes, de modo que o seu descarte não acarreta problemas ambientais. As propriedades mecânicas dos compósitos dependem de diversos fatores, tais como o tipo, volume, orientação, dispersão da fibra curta na matriz polimérica, bem como a afinidade química entre fibra e matriz. A melhora das propriedades do produto final pode ser conseguida através da incorporação de fibras vegetais tratadas superficialmente com agentes de acoplamento a fim de aumentar a adesão interfacial entre fibra e matriz. Com o objetivo de obter um elevado desempenho mecânico, a utilização simultânea de mais de uma fibra de reforço, ou então a utilização de lâminas de fibras contínuas reforçadas por partículas, nano partículas ou fibras descontínuas pode ser recomendável. (SILVA, 2014).. 2.1.1. Processos de Fabricação de Compósitos Um fator importante e que merece uma atenção especial é o processo de fabricação dos compósitos. Em uma grande diversidade de matrizes e de reforços existentes para pesquisas, uma vasta opção de formas de produção é utilizada, de acordo com a necessidade e qualidade desejada. A confecção dos materiais compósitos poliméricos seguem basicamente dois formatos de trabalho no que diz respeito aos moldes: Moldes abertos e moldes fechados. Alguns dos processos em moldes abertos que pode-se citar são: Hand-lay-up (laminação manual); Spray-up (pistola); Centrifugação (corpos ocos); Filament Winding (enrolamento). Já nos processos em moldes fechados (Onde normalmente tem-se uma qualidade de produtos superiores) tem-se: Moldagem por Compressão (SMC, BMC, HMC); Injeção (RTM, RIM, R-RIM); Pultrusão (perfis em T, L, U, etc)..

(25) 6. Além dos processos citados, existe uma vasta lista de metodologias de fabricação, alguns mais simples, outros mais complexos, para determinados tipos de materiais ou para cada configuração de partículas (Reforço), bem como para cada matriz.. 2.1.1.1.. RTM (Resin Transfer Molding). Nesse processo de produção de compósito em molde fechado tem-se a injeção de resina (Matriz) em um reservatório confinado onde já se encontram as fibras (Reforço/carga) em sua configuração desejada. Após a mistura dos materiais, espera-se o tempo de cura da resina para que seja desenformado o material finalizado. Em algumas situações é possível que a mistura da resina com o catalisador seja feita durante o processo de injeção da matriz, como foi proposto por Miranda (2015) em seu trabalho, que pode ser observado na Figura 3. Figura 3. Esquema representativo do processo RTM proposto por Miranda (2015).. Fonte: Miranda (2015) adaptado. Miranda (2015) comenta ainda que o processo citado tem suas vantagens ampliadas quando se leva em conta a viabilidade de o projetista desenvolver materiais para aplicações específicas, ou seja, projetar o material compósito com propriedades previamente estabelecidas para satisfazer condições locais e específicas de carregamento. Esse tipo de processamento comumente apresenta melhores resultados de qualidade, isso porque da técnica RTM são minimizar espaços vazios, comumente encontrados em compósitos processados por compressão, o que é conseguido com cuidados na temperatura e na velocidade do fluxo de resina injetada, no controle das emissões de voláteis, bem como da temperatura de polimerização (MILANESE, 2012). Ainda de acordo com Milanese (2012), para que se garanta essa qualidade dos compósitos produzidos por RTM, devem ser consideradas as variáveis envolvidas no processo como: as localizações dos orifícios de injeção e respiro do molde, pressão de injeção, temperatura do molde, geometria do molde e as matérias-primas empregadas..

(26) 7. 2.2.. Matriz Os compósitos poliméricos que possuem fibras, a fase da resina como matriz possui. múltiplas funções, onde pode-se destacar: o material tem ductilidade e baixo módulo de elasticidade; protege as fibras de danos mecânicos e de reações químicas; mantém as fibras unidas e ainda transfere as tensões de uma fibra para outra (NOCERA, et. al, 2013) De maneira geral, a matriz escolhida para a produção de um compósito apresenta-se inicialmente em uma forma líquida (De preferência com a mínima viscosidade possível) para que facilite a cobertura do reforço/carga. Após a mistura dos materiais, essa matriz enrijece através de um processo de cura que varia de um material para outro. Carvalho (2008) define as matrizes como compostos orgânicos de elevado peso moleculares, produto de reações de polimerização por adição ou condensação tendo diversos compostos como base. O mercado oferece uma grande variedade de produtos aptos a serem usados como matrizes em compósitos. Uma grande aplicação é com as resinas poliméricas. Das grandes variedades de matrizes poliméricas possíveis para a produção dos compósitos, tem-se algumas que se apresenta em maior uso numa vasta quantidade de aplicações (policarbonato, poliuretano, poliestireno, polipropileno, epóxi, etc.), cada um com suas propriedades e características específicas e apropriadas para as mais diversas aplicações. Araújo (2001) apresenta os principais tipos de matrizes utilizadas em materiais compostos, o que pode ser observado na Tabela 1. Tabela 1. Principais tipos de matrizes. TERMOPLÁSTICOS Polipropileno (PPS) Poliamidas (PA). Polisulfeto Fenileno. Policarbonato (PC). Polisulfonas (PSU). Poliésteres saturados (PET – PBT) Poliesterecetona (PEEK) Poliacetais (POM). Polímeros fluorados. TERMOENDURECÍVEIS ESTÁVEIS Fenoplástica (PF). Poliésteres Insaturados (UP). Poliamidas (PI). Poliepóxidos (EP). Poliesterilpirioninas (PSP). ELASTÔMEROS Poliuretanos (PU). Silicones (SI). Fonte: Araújo (2001) adaptado.

(27) 8. Os termoplásticos são compostos de cadeias longas, produzidas pela união de monômeros que tem comportamento plástico e dúctil. Na presença de calor os termoplásticos amolecem e se fundem novamente, podendo adquirir diversas formas (ASKELAND et al, 2013). Os Termoendurecíveis estáveis, Também chamados de termorrígidos ou termofixos, são compostos por longas cadeias de moléculas muito ligadas umas as outras para formar estruturas de rede tridimensional. Na presença de calor esse material não se funde, ao invés disso, começa a se decompor (ASKELAND et al, 2013). Já os elastômeros que são conhecidos como borrachas, tem uma deformação elástica superior a 200%. As cadeias poliméricas comportam-se como molas que se deformam de forma reversível com a aplicação de uma tensão mecânica (ASKELAND et al, 2013).. 2.2.1. Resina Epóxi A resina epóxi é um plástico tipicamente utilizado como matriz de diversos materiais compósitos para aplicações diversas na engenharia. Sua vasta utilização pode ser explicada em função de suas propriedades, caracterizadas pelas boas resistências térmica e mecânica, alem de ser um material de boa moldabilidade, visto que apresenta-se inicialmente em um estado líquido, solidificando-se após uma reação química que o transforma em um material termoplástico de ótimas propriedades de estudo. As resinas epóxis são termofixos em forma de líquido viscoso ou sólidos quebradiços (SANTOS, 2005). O mesmo autor cita que esse tipo de material começou a ser explorado na década de 30 pela I.G Farbenindustrie. Pela definição de Odian (2004), a resina epóxi é normalmente formada por uma reação da epicloridrina com o bisfenol A. A equação de formação deste polímero pode ser observada segundo Odian (2004) na Equação 2.1. Epicloridrina. Bisfenol A. (2.1).

(28) 9. Existem vários tipos de resinas epóxi, com diferentes propriedades. Cada fabricante apresenta uma série de formulações para cada aplicação desejada. Dentre as várias aplicações deste material, pode-se citar a produção de pranchas de surf, produção de tintas, revestimentos de tubo e ultimamente tem crescido bastante a aplicação como revestimentos de pisos, são os chamados “porcelanatos líquidos”, que na verdade não é exatamente um porcelanato, mas sim a aplicação de rezina epóxi sobre um piso nivelado ou não. Segundo kersting (2004) as resinas epóxis comerciais são, de forma geral, compostos ou misturas de compostos contendo mais de um grupo epóxi por molécula, ou a combinação de grupos epóxidos com grupos de hidroxilas. Tais composições, com a adição de endurecedores ocorre a formação de uma rede infusível de moléculas ligadas entre si, de forma tridimensional, resultando na resina epóxi reticulada. Esse tipo de aplicação em piso apresenta algumas vantagens, dentre elas pode-se citar: o poder de auto nivelamento, visto que por se tratar de um material líquido durante a aplicação, este irá escoar nivelando toda a superfície; Após a cura da resina, a superfície ficará completamente polida e sem emendas (Como normalmente se observa nos revestimentos cerâmicos); Além de poder ser feito uma infinidade de colorações ou desenhos nos pisos, a gosto do decorador. As resinas Epóxi são uma das mais importantes classes de polímeros termoestáveis usados para aplicações estruturais ou como adesivos, pois mostram alta forca de tensão e módulo, fácil processamento, boa resistência química e térmica (NASCIMENTO, 2009). Ribeiro (2016) relata que a resina epóxi líquida é muito utilizada em laminados de fibras sintéticas, como a de vidro, carbono e kevlar e também com as naturais, como juta, sisal, algodão, etc. Devido a sua alta resistência mecânica e química, ela é utilizada em laminados especiais onde as resinas convencionais de laminação, como os poliésteres insaturados, não atendem o necessário. São muito utilizados em tubulações, tanques, aeronaves, embarcações e veículos de alta performance. Remetendo-se na parte estrutural, o epóxi possui baixa densidade, fácil moldabilidade, elevadas resistências térmicas e mecânicas (como já comentado anteriormente), além de poder ser facilmente aplicado juntamente com outros materiais, combinando assim suas propriedades e produzindo compósitos com propriedades bastante particulares..

(29) 10. 2.3.. Reforços/Cargas em Compósitos Tão cauteloso quanto à escolha da matriz para um compósito, é a escolha do. reforço/carga. De maneira geral tem-se os reforços naturais e os sintéticos. Dentre os naturais existem uma vasta quantidade de tipos, com as mais diversas especificações de propriedades (Fibra de sisal, fibra de bananeira, fibra de coqueiro, fibra de piaçava, entre outras). Já nas sintéticas, existem muitos produtos utilizados comummente, e outros sendo desenvolvidos os reaproveitados (Fibra de Vidro, fibra de Kevlar, Fibra de carbono, etc). Milanese (2012) lembra que as fibras naturais apresentam inúmeras vantagens, tais como: baixa massa específica, fácil manuseio, provem de fonte renovável, atuam como isolantes térmicos, elétrico e acústico, não são toxicas, alem de apresentarem baixo custo, quando comparadas com as fibras sintéticas.. 2.3.1. PET O PET é um polímero linear que pode existir tanto no estado semicristalino quanto amorfo. O máximo nível de cristalinidade que pode ser alcançado pelo PET é de 55%, porém a cristalinidade alcançada pelas garrafas de refrigerante feitas de PET é normalmente em torno de 25%. A taxa de cristalização, relativamente alta é de importância a medida que a cristalização favorece o espalhamento de luz e varia as condições de processabilidade. A cinética de cristalização do PET é função de vários parâmetros como a história térmica anterior, a aditivação, a presença de agentes de nucleação, as condições de processamento; orientação de cadeias e a umidade. Estudos sobre a cristalização do PET virgem e do reciclado mostraram que para este último a taxa de cristalização é bem maior. Os materiais básicos para produção do PET são o petróleo e gases naturais liquefeitos (etano, butano, propano). O para-xileno, derivado de óleo cru, é oxidado em TPA, que é então purificado ou esterificado em DMT. Etileno advindo tanto de óleo cru como de gases naturais liquefeitos é oxidado, em óxido de etileno, e então hidratado em etilenoglicol. O ácido tereftálico utilizado deve ser extremamente puro, pois pequenas quantidades dos isômeros “meta” ou “para” podem alterar drasticamente a configuração do polímero. Porém, tais ácidos são difíceis de purificar devido à sua baixa solubilidade e elevado ponto de fusão (PRAXEDES, 2014). De acordo com Odian, (2004), o PET é o poliéster de maior importância comercial, e dois processos são usados para sua síntese. Um processo baseado no tereftalato de dimetil (DMT) e outro baseado no ácido tereftalato (AT), onde o DMT foi o primeiro processo a ser.

(30) 11. comercializado. O processo de DMT é dividido em dois estágios, o primeiro apresenta temperaturas entre 150°C e 210°C (Equação 2.2). Já no segundo estágio, a temperatura do processo encontra-se entre 270°C e 280°C (Equação 2.3).. COOCH3. CH3OCO. nHOCH 2CH 2OCO. +. 2HOCH2CH2OH. COOCH 2CH 2OH. COOCH2CH2OH. HOCH2CH2OCO. H OCOH 2CH 2COH. CO. OCH 2CH 2OH. +. 2CH3OH. (2.2). + (n-1)HOCH 2CH 2OH (2.3). n. As propriedades físicas e mecânicas do polímero dependem fundamentalmente do peso molecular médio das moléculas obtidas através do processo de polimerização. Devido as suas excelentes propriedades o Poli (tereftalato de etileno)- PET é colocado como um importante substituto de materiais como vidro, PVC, latas de aço e alumínio, sendo utilizado em diferentes setores na indústria de embalagens (alimentícias, químicas, cosméticas e farmacêuticas). Sua alta resistência mecânica, pontualmente, pode assemelhar-se com alguns metais. Segundo Callister (2013) as temperaturas de transição vítrea (Tg) do PET é de 69°C e de fusão cristalina (Tm) de 265°C. Odian (2004) explica que o PET pode ser usado sem alteração de suas propriedades físicas em temperaturas entre 140 e 155°C. O PET Possui boa resistência química, embora possa sofrer hidrólise na presença de água. Além disso, apresenta boa recuperação das deformações causadas pelo uso, o que é muito importante para aplicações na área de fibras. A excelente transparência no estado amorfo, aliada a propriedade de baixa permeabilidade a gases (principalmente O2 e CO2), torna este plástico fundamental para o desenvolvimento da indústria de garrafas para refrigerantes no mundo todo. Além disso, a fibra de poliéster, como é conhecida, é bastante comum na indústria de tecidos e malhas (confecção de roupas), fabricação de carpetes e tapetes, forros, enchimentos, etc. A leveza do PET permite produzir garrafas e frascos de alta capacidade volumétrica, com perfeita manutenção da segurança em todas as etapas (envase, empacotamento, distribuição, utilização final pelo consumidor), (ABIPET,2011). Devido sua grande utilização (principalmente em garrafas de refrigerantes), o mundo tem buscado cada dia uma forma diferente de reaproveitar esse material que tem sido de grande importância para a indústria, ao mesmo tempo em que tem representado grandes.

(31) 12. problemas ambientais. Isso porque sua degradação na natureza demora centenas de anos para ocorre, o que causa um grande acúmulo de resíduos. Atualmente muitas empresas estão se especializando na reciclagem desse tipo de material, seja por reaproveitamento do material apenas por tratamentos mecânicos, ou na reciclagem através de processos químicos, onde tem-se a degradação do PET para a posterior recomposição, formando novos materiais ou mesmo novas garrafas prontas para uso novamente. Dentre os vários usos do PET reciclado pode-se citar a produção de vassouras com as garrafas fatiadas (Figura 4), ou ainda uma série de produtos de artesanato. Figura 4. Vassouras produzidas com PET reciclado.. Fonte: TV artesanato passo a passo (2015). 2.3.2 Piaçava Aquino (2003) faz um apanhado sobre as palmeiras, onde estas são plantas muito úteis, tanto pelo valor ornamental, como comercial e industrial. Entre as utilidades mais importantes, citam-se: cera vegetal, óleos diversos, azeite comestível, materiais para.

(32) 13. construção e outras finalidades como: marfim vegetal para fabrico de botões, frutos para confecção de doces, palmito para alimentação, fibras para diversos fins, e outros. Mota (2016) ressalta que inúmeros artefatos como bolsas, mantas, cordas, redes, pinceis, cestos, etc., já são manufaturados e comercializados no mundo há centenas de anos. A mesma autora cita ainda que as fibras vegetais possuem uma baixa massa específica, são recicláveis, não tóxicas e possuem um baixo custo. A fibra de piaçava é uma fibra lignocelulósica extraída das folhas de uma palmeira de ocorrência natural na Mata Atlântica brasileira. O nome científico desta palmeira é Attalea Funifera Martius. Segundo Aquino (2003) a fibra de piaçava possui cerca de 48,38% (±0,37%) de lignina, 31,62% (±0,45%) de Celulose, 10,54% (±0,22%) de hemicelulose e 0,72% (±0,04%) de cinzas. A utilização desta palmeira varia de acordo com o produto retirado. Das folhas da palmeira (Que apresenta características mais flexíveis e largas) são produzidas coberturas para telhados, produção de bolsas, revestimento de cadeiras e uma série de outros artesanatos, conforme observa-se na Figura 5. Já do caule da planta, são extraídos as fibras mais conhecidos pela população, isso devido a sua aplicação mais evidenciado na produção de vassouras e escovas de uso doméstico e industrial, o que pode ser observado na Figura 6. Figura 5. a) Borra da piaçava b) Aplicação da borra da piaçava em coberturas. a). b). Fonte: MF Rural (2017).

(33) 14. Figura 6. a) Fado da fibra da piaçava b) Aplicação de piaçava em produção de vassouras. a). b). Fonte: Brasil piaçava (2017). Nascimento (2009) cita algumas utilidades da piaçava, de onde tem-se: a fabricação de vassouras, enchimento nos assentos de carros, cordoaria, escovões, cera vegetal, óleos diversos entre outros. Nascimento (2009) enfatiza as características da fibra de piaçava, onde as palmeiras, em geral, produzem fibras longas, resistentes, rígidas, lisas, de textura impermeável e de alta flexibilidade, essa árvore desenvolve-se bem em solos de baixa fertilidade e com características físicas inadequadas para a exploração econômica de muitos cultivos. A fibra de piaçava apresenta espessuras variadas. Em uma amostra da fibra, pode-se perceber variações da ordem de décimos de milímetros até 4 milímetros de diâmetros. No Brasil, a produção da piaçava se concentra em quatro estados (Bahia, Amazonas, Maranhão e Acre), sendo que a maior concentração (96% do total do país) se deve ao estado da Bahia (IBGE, 2015). O tipo de piaçava encontrada na Bahia desenvolve-se bem em climas quentes (24°C) e sempre úmidos (umidade relativa do ar acima de 80%), pertencendo à espécie das palmáceas e tendo a vantagem de ser impermeável, de conservar sua elasticidade quando umedecida e de.

(34) 15. formar fibras longas (alcançam até 4 metros de comprimento e têm cerca de 1,1 milímetro de espessura) (D’Almeida et al., 2006).. 2.4.. Estado da Arte Segundo Monteiro et al. (2006) Compósitos de matriz poliéster reforçada com fibras. contínuas e alinhadas de piaçava apresentam um elevado aumento na tenacidade ao entalhe, medida pela energia de impacto Charpy, quanto maior for a fração incorporada, até pelo menos 40% em peso de fibra de piaçava. Vários estudos vem sendo realizados para aproveitamento de resíduos industriais. A piaçava tem um espaço nesse aspecto de resíduos industriais. Avelar, (2008) já estudou o reaproveitamento de resíduos industriais de piaçava oriundos da produção de vassouras. A autora comprovou que as fibras de piaçava, resíduos da indústria de vassouras, são bons precursores na preparação de carvões ativados, apresentando alto rendimento. Observou-se também que os carvões ativados quimicamente tiveram maior rendimento que os ativados fisicamente. Souza (2012) evidenciou que com a adição de fibras de piaçava em uma matriz já reforçada com EVA em uma proporção do primeiro reforço previamente idealizada apresentou um ganho na resistência á tração na flexão, sendo os maiores ganhos associados à adição de 2% de fibras. Na compressão, na maioria dos casos, observou-se pequenas quedas nas resistências com a incorporação de fibras na matriz com EVA, mostrando que a adição de fibras curtas de piaçava lançadas randomicamente na matriz (nas condições de incorporação realizadas - 1% e 2%) não gera efeitos significativos sob a resistência à compressão Compósitos fabricados com fibras contínuas e alinhadas de piaçava reforçando matriz epoxídica podem ser reforçados desde que a fração de fibras seja superior a 10% em volume. A fraca interface fibra/matriz permite que trincas iniciem propagação a tensões relativamente baixas podendo acarretar súbita ruptura no caso de frações de piaçava até 10%. Por outro lado, a fibra também tem um papel de obstáculo à propagação de trincas que, no caso de frações acima de 20%, contribui para um efetivo reforço no compósito (NASCIMENTO, 2009). Segundo Bonelli et al. (2005) em compósitos em matriz de polietileno, ocorre uma leve diminuição na estabilidade térmica do material após adição de até 15% de fibra de piaçava, o que não chega a comprometer o processamento e moldagem de placas dos compósitos a temperaturas de 160 e 190°C , respectivamente..

(35) 16. Um compósito fabricado com fibras de PET oriundos do aproveitamento de garrafas de refrigerante em uma fração volumétrica de fibra de 30% na presença de uma matriz epoxídica apresenta uma resistência superior quando comparado a uma fração de 70% de fibras de PET, podendo este comportamento ser atribuído a escassez de matriz na zona de transição matriz/fibra (BARROSO ET. AL, 2010). Pereira (2016) desenvolveu um compósito híbrido de caráter sustentável com matriz de poliéster reforçado com fibras de PET e partículas de sílica que se mostrou bastante promissor para uso na engenharia, podendo variar a sua composição em função das exigências estruturais demandadas no projeto. Em geral, o uso de fibras de PET no polímero poliéster permitiu o aumento da rigidez, resistência à flexão e ao impacto, além de reduzir os custos do material matriz. Em um compósito com PET reciclado processado atuando como matriz e reforço de flocos de vidro desenvolvido por Moura (2011) observou-se que a resistência à tração do compósito era diminuída com o aumento da presença de PET processado, isso porque a interação fibra/matriz apresentou uma pobre interação mecânica. Guimarães et. al (2016) produziu um compósito com blenda de PET reciclado e PEAD (Polietileno de alta densidade) como matriz de um compósito em reforço de fibra de bananeira e observou que as blendas apresentaram, em geral, um comportamento intermediário ao dos componentes puros, ao mesmo tempo que As análises térmicas de TGA sugerem que composições com menor percentual de fibra, sem tratamento alcalino, possuem melhor estabilidade térmica. De acordo com Nonato et al. (2016) fibras PET podem ser usadas como reforço em compósito. na. matriz. de. polipropileno,. usando-se. teores. adequados. de. agente. compatibilizante. Para Toquero et al. (2016) A preparação e caracterização de compósitos utilizando PET reciclado e PEAD como matriz polimérica e resíduos de fibras de piaçava como reforço, mostra-se viável, pela boa estabilidade térmica e facilidade da preparação. Faria (2007) cita que os polímeros se destacam entre os materiais utilizados para matrizes, que são, com ampla margem de diferença, os mais empregados na fabricação de compósitos reforçados com fibras. E dentre as matrizes poliméricas, as mais empregadas em compósitos reforçados com fibras, são as resinas de poliéster insaturado e as resinas epoxídicas..

(36) 17. Para Soares (2012) A resina epóxi possui uma boa compatibilidade com fibras vegetais, boas propriedades mecânicas. Cita ainda que o epóxi é a resina de maior uso como matriz nos compósitos para reforço estrutural. Silva (2014), aplicou um compósito com matriz epoxídica e reforço com fibras de curauá para aplicação em blindagem contra disparos de arma de fogo. No referido trabalho, as fibras naturais tiveram papel importante na absorção da energia do impacto dos projéteis, além de impedir que a matriz (Epóxi) estilhaçasse, fazendo a retenção dos fragmentos do material.. 2.5.. Caracterização de Materiais No tocante do desenvolvimento e caracterização de materiais, precisa-se de. parâmetros para qualificar esse material e assim poder determinar até onde esse material irá atender às necessidades da aplicação. Para encontrar esses parâmetros faz-se necessário a realização de testes de propriedades e assim poder comparar os valores com as propriedades de outros materiais, bem como estimar quanto de material deve ser aplicado para atender aos requesitos da aplicação. Diante do exposto, tem-se a seguir uma série os ensaios realizados na caracterização destes materiais, bem como as normas que regulamentam cada teste (Quando existente).. 2.5.1. Absorção de Água Vários materiais possuem a capacidade de absorver umidade em sua estrutura, isso se deve aos vazios presentes em sua composição que tendem a acumular determinadas partículas quando na presença de outros tipos de elementos. De forma geral, para os casos de aplicação estrutural, não é interessante a presença de vazios nos compósitos, quanto maior for a capacidade do material de absorver umidade, mais distante de suas características originais esse material irá se encontrar. Santos, 2012 cita que a absorção de água em material compósito ocorre principalmente por três mecanismos, que são eles: Difusão das moléculas de água para dentro dos vazios; Transporte por capilaridade para Lacunas e interstícios da interface fibra-matriz devido à baixa molhabilidade e incompleta impregnação das fibras pela matriz; e transporte das moléculas de água através de microfibras presentes na matriz, proveniente de defeitos durante o processo de produção do compósito..