RESÍDUOS INDUSTRIAIS UTILIZADOS NA COMPOSIÇÃO DE PRODUTOS POLIMÉRICOS COMPÓSITOS

Autoria: Edinaldo José de Sousa Cunha/PRODERNA /ITEC/UFPA Lesly Glenda Sales dos Santos Santos/FEQ/ITEC/UFPA

RESÍDUOS INDUSTRIAIS UTILIZADOS NA COMPOSIÇÃO DE PRODUTOS POLIMÉRICOS

“COMPÓSITOS”

Sumário 1.Introdução.

2. Conceitos de Compósitos.

3.Tipos de compósito.

4. Matérias primas utilizadas em compósitos.

5. Propriedades de Compósitos.

6.Compósitos (Fibras Vegetais e Lama Vermelha).

7. Aplicação Geral de Materiais Compósitos.

8. Links: Produção e Aplicação de Semicondutores.

9. Conclusão.

INTRODUÇÃO

Cadeia Produtiva do Alumínio

Acumulo no mundo (3,0 Bt), (POWER, 2011)

Produção de Alumina e a Geração de (Lama Vermelha) 2014

Alumar (São Luis-MA) 3,5 Mt/ano → 5,3 Mt/ano (Lama Vermelha) Hydro Alunorte (PA) 5,9 Mt/ano → 9,0 Mt/ano (Lama Vermelha)

Fonte: (BRANDTZÆG, 2014) Hydro/Alunorte Produção Mundial

257,42 Mt (2012) 257,92 Mt (2013)

Produção Brasileira 33,2 Mt (2012) 32,9 Mt (2013)

Produção de Bauxita no Estado do Pará

29,88 Mt 28,61 Mt de Bauxita metalúrgica 1,3 Mt de Bauxita não metalúrgica

Depósito de Lama Vermelha

Planta de Refino

INTRODUÇÃO

Foto aérea da fábrica da ALUNORTE em Barcarena, PA Fonte Google Earth (2013)

Samal et al (2013), classifica a lama vermelha como um resíduo potencialmente poluidor, que ameaça a água, terra e ar, assim como, necessita de grandes áreas para o armazenamento deste resíduo perigoso. Estudos Realizados com Lama Vermelha

− Produção dede tijolos com lama vermelha e argila de baixa plasticidade.

− Produção de cimento com a melhoria das propriedades mecânicas do cimento com até 10% de lama vermelha.

− Fabricação de cimento com até 35% de lama vermelha, produzindo um cimento de alta resistência.

− Produção de vidrados cerâmicos, com a possibilidade de variações nas tonalidades e com melhorias na resistência a abrasão

Uso da Lama Vermelha em Cerâmica

INTRODUÇÃO

Gök, Omastová e Proken, (2007)

− Síntese de compósitos utilizando Polianilina/lama vermelha Wander et al. (2008) IPEN

− Uso de lama vermelha em compósito de poli-metil-metacrilato (PMMA) Satapathy e Patnaik (2010)

− Produção de compósitos utilizando-se poliéster isoftálico como matriz e lama vermelha como carga.

Saxena et al (2012)

− Fabricação de compósitos com matriz de poliéster ortoftálico e Lama Vermelha

He et al (2013)

− Estudos com lama vermelha e cinzas de palha de arroz, para produção de geopolímeros

Uso da Lama vermelha em Polímeros

1. INTRODUÇÃO (COMPÓSITOS)

 Desde a grande utilização dos recursos naturais foram percebidos os primeiros compósitos. Como por exemplo paredes reforçadas com feixes de palha para aumentar a integridade estrutural.

 Já na década de 80 e 90, o uso dos compósitos tornou-se comum para melhorar o desempenho de veículos espaciais e aviões militares.

 Com o avanço tecnológico os requisitos exigidos aos materiais comuns mudaram, o que levou ao aparecimento de compósitos capazes de corresponder às novas necessidades

2. O QUE ENTENDEMOS POR COMPÓSITOS



Compósitos: No contexto atual são materiais multifásicos

produzidos artificialmente com combinações desejáveis das melhores propriedades das suas fases constituintes.

 (CALLISTER e RETHWISCH, 2012)

Compósitos funcionais: materiais compósitos cuja as propriedades de interesse principal são as propriedades térmicas, elétricas, magnéticas ou ópticas, além da propriedade mecânica.

Compósitos Estruturais: materiais compósitos cujas as propriedades de interesse são as propriedades mecânicas, visando aplicações estruturais

3. TIPOS DE COMPÓSITOS

Classificação dos Materiais

3. TIPOS DE COMPÓSITOS

4. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADAS EM COMPÓSITOS



Partículas grandes

 Maiores que a estrutura atômica (molecular)

 Partículas fase dispersa (mais rígidas e mais resistentes que a matriz).

 Exemplos

 Cermetos: compósitos cerâmica/metal

 Borracha de pneus: negro de fumo Melhorias nas propriedades mecânicas (resistência ao rasgo, abrasão)

 Concreto: asfáltico (Derivados do Petróleo)

4. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADAS EM COMPÓSITOS



Matriz metálica

Matrizes:

 Ligas metálicas leves( à base de Alumínio, Magnésio ou Titânio).

Fase de reforço:

 Partículas de Alumina(Al₂O₃) e de Carboneto de Silício(SiC)

 Fibras (de SiC, grafite e Alumina)

 Filamentos ( de SiC ou Boro)

4. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADAS EM COMPÓSITOS



Matriz cerâmica

Materiais cerâmicos

 Elevada dureza

 Uma baixa resistência a tração

 Baixa resistência ao impacto mecânico

 Baixa resistência ao choque térmico Materiais de reforço

 Fibras de vidro

 Fibras de carbono

 Fibras de carboneto de silício (SiC)

4. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADAS EM COMPÓSITOS



Matriz polimérica

Matriz polimérica

 Suporta as fibras, partículas ou folhas

 Absorve as deformações

 Conferem resistência quando em compressão Fibras

 Aumentam a tenacidade(resistência ao impacto) em extensão(relevância da orientação das fibras).

 Matrizes elastoméricas

 Matrizes termoendurecíveis

 Matrizes termoplásticas

4. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADAS EM COMPÓSITOS

Fibra de vidro: é relativamente resistente e, quando incorporada em uma matriz de plástico, produz um compósito que possui resistência específica muito alta .

4. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADAS EM COMPÓSITOS

Fibra de vidro

4. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADAS EM COMPÓSITOS

Fibra de carbono: as fibras de carbono possuem o maior módulo específico e a maior resistência específica dentre todas as fibras de reforço.

4. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADAS EM COMPÓSITOS

Fibra de aramida: possui módulos e limites de resistência à tração longitudinal. Também é tenaz, resistente ao impacto, resistente à fluência e à falha por fadiga.

4. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADAS EM COMPÓSITOS

Propriedades mecanicas das Fibra de vidro, carbono e aramida

4. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADAS EM COMPÓSITOS

A madeira é um compósito natural, pois contém:

 Fibra de celulose flexíveis e resistentes

 Lignina , resina mais rígida que mantém as fibras unidas.

Os ossos também são considerados compósitos naturais sendo formados de:

 Cristais de hidroxiapatita + colágeno

4. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADAS EM COMPÓSITOS

Fase contínua(Matriz)

Compósito

Fase dispersa(Carga)

Função da Matriz

 Distribuir e transferir as tensões para a carga;

 Ligar a carga uma com as outras;

 Proteger a superfície da carga;

Tipos de carga

 Reforço: melhora o desempenho mecânico da matriz.

 Enchimento: modifica as propriedades da matriz.

Constituição do material compósito

4. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADAS EM COMPÓSITOS

5. PROPRIEDADES DE COMPÓSITOS:

Fases constituintes

 A fase Matriz: É contínua e envolve as outras fases

 A fase Dispersa: Encontra-se distribuída e ligada a matriz

Quantidades relativas das fases constituintes Calculadas a partir da regra das misturas:

E_c(s)= E_mV_m+E_pV_p Limite superior

E_c(i)=_EmEp/(V_mE_p+V_pE_m) Limite inferior

Da geometria da fase dispersa: o formato, o tamanho, a distribuição e a orientação de suas partículas.

Compósitos reforçados com fibras:(a)contínuas e alinhadas;(b)descontínuas e alinhadas;(c)descontínuas e aleatoriamente orientadas.

5. PROPRIEDADES DE COMPÓSITOS:

Influência da orientação das fibras vegetais nas

propriedades Mecânicas

5. PROPRIEDADES DE COMPÓSITOS:

 O polímero é uma substância cujas moléculas formam grandes cadeias , que consiste tipicamente de milhares de átomos de diferentes comprimentos de cadeia .

 O poliéster é uma categoria de polímero que tem o grupo funcional éster

 O poliéster é um material que tem grandes possibilidades de combinação com materiais que melhoram as propriedades mecânicas como reforço.

 As resinas de poliéster são classificadas em:

 Poliéster saturado;

 Poliéster de ácidos insaturados

 Poliéster de álcoois insaturados

5. RESINAS( POLIÉSTER)

Materiais Utilizados



Fibra de curauá:

são fibras naturais são consideradas potenciais substitutas das fibras sintéticas em materiais compósitos por suas vantagens de baixa densidade, baixo custo e biodegradabilidade.



Lama vermelha:

A lama vermelha tem a função de carga em um compósito, podendo dar a

este mais resistência ao impacto e maior flexão.

6. COMPÓSITOS (FIBRAS VEGETAIS E LAMA VERMELHA)



Poliéster

: a produção do compósito é feita com resina de poliéster insaturado preenchido com carga de lama vermelha e

reforçado com fibras de curauá orientadas unidirecionalmente.



Reagentes(catalizadores e ativadores):

o acelerador de cobalto e o iniciador peróxido Etil-Metil Cetona (MEK-P) são utilizados para a produção do compósito.

6.COMPÓSITOS (FIBRAS VEGETAIS E LAMA VERMELHA)

Representação dos pontos reativos que permitem a reticulação (poliéster estireno)

6.COMPÓSITOS (FIBRAS VEGETAIS E LAMA VERMELHA)

Metil-Etil-Cetona

Inibidor

Promotor

Octoato de Cobalto Hidroquinona

Reação de cura (reticulação entre o poliéster e o estireno

6.COMPÓSITOS (FIBRAS VEGETAIS E LAMA VERMELHA)

Representação esquemática do processo de reticulação do Copolímero (poliéster/estireno)

6.COMPÓSITOS (FIBRAS VEGETAIS E LAMA VERMELHA)

METODOLOGIA



Lama vermelha

: sofre secagem em estufa por 8 horas, cominuição e peneiramento manual em peneira de 28 mesh da série Tyler.



Preparação das fibras:

sofrem etapas de cardagem e secagem(

1h em estufa) respectivamente.



Produção do compósito:

o compósito é no formato de placas retangulares através do método manual hand lay-up acoplado ao processo de compressão ao molde. Produzida em moldes metálicos de forma retangular. Os corpos de prova são cortados conforme as dimensões de largura e comprimento especificadas.

6.COMPÓSITOS (FIBRAS VEGETAIS E LAMA VERMELHA)

Poliéster Isoftálico e Estireno

Cardagem Lama vermelha Fibra de curauá cardada

Início da formação do compósitos

Conformação sob pressão Fechamento do molde

6.COMPÓSITOS (FIBRAS VEGETAIS E LAMA VERMELHA)

Compósito (a) Poliéster + Lama Vermelha e fibra e (b) Poliéster + fibra

Micrografia Eletrônica por Varredura de compósitos de poliéster com teores de lama vermelha de 25% (2500 x)

6.COMPÓSITOS (FIBRAS VEGETAIS E LAMA VERMELHA)

Micrografia Eletrônica por Varredura MEV de compósitos de Poliéster com teores de lama vermelha de 35% (2000 x).

6.COMPÓSITOS (FIBRAS VEGETAIS E LAMA VERMELHA)

Compósito PI 25LV: região externa e interna do compósito (a); ampliação da região externa (b); ampliação da região externa da parte b (c)

a

b

c

6.COMPÓSITOS (FIBRAS VEGETAIS E LAMA VERMELHA)

6.COMPÓSITOS (FIBRAS VEGETAIS E LAMA VERMELHA)

Conclusões:

− A utilização do resíduo de bauxita do processo Bayer (lama vermelha) é uma alternativa viável na aplicação em compósitos de matrizes de poliéster isoftálico.

− A aplicação de lama vermelha em compósitos de matriz de poliéster isoftálico, apresentam mudanças nas propriedades térmicas, com alterações da condutividade térmica em (92% a 0°C), (71% a 25°C) e (69% a 50°C) em compósitos com 30% de LV.

− A utilização de fibras de curauá Ananás lucidus. Mill, como reforço

de compósito com matriz de poliéster isoftálico e a adição de lama

vermelha, proporciona a recuperação da resistência ao esforço de

tração, com significativa melhoria em 24% do modulo de elasticidade.