UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE EDIFICAÇÕES E
AMBIENTAL
PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DE PAINÉIS
COMPENSADOS E LVL – “LAMINATED VENEER LUMBER”
EMANUELLA ARAÚJO DOS SANTOS
Cuiabá/MT 2015
EMANUELLA ARAÚJO DOS SANTOS
PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DE PAINÉIS
COMPENSADOS E LVL – “LAMINATED VENEER LUMBER”
Dissertação apresentada à Universidade Federal de Mato Grosso – UFMT, para obtenção do título de Mestre em Engenharia de Edificações e Ambiental, junto ao Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Engenharia de Edificações e Ambiental, área de concentração Construção Civil. Linha de Pesquisa: Tecnologia de Materiais, Projeto e Sistemas Construtivos.
Orientador: Prof. Dr. Norman Barros Logsdon. Co-Orientador(a): Profa. Dra. Zaíra Morais dos
Santos Hurtado de Mendoza.
Cuiabá/MT 2015
Dados Internacionais de Catalogação na Fonte.
A658p Araújo Santos, Emanuella.
Propriedades físicas e mecânicas de painéis compensados e LVL –“Laminated
Veneer Lumber” / Emanuella Araújo dos Santos. – 2015.
131 f.: il. color; 30 cm.
Orientador: Norman Barros Logsdon.
Co - Orientador (a): Zaíra Morais dos Santos Hurtado de Mendoza.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Mato Grosso, Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Edificações e Ambiental, Cuiabá, 2015.
Inclui Bibliografia.
1. Compósitos de madeira. 2. Caracterização Tecnológica. 3. Trattinnickia
Aos meus pais,
Gilza Maria Araújo dos Santos e
João Miguel dos Santos Filho,
Ao meu irmão,
Pedro Henrique Araújo dos Santos
Ao meu namorado
Bruno Xavier Chivalski
AGRADECIMENTOS
Ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Edificações e Ambiental da Universidade Federal de Mato Grosso (PPGEEA-UFMT) pelo aceite e apoio.
Aos Professores Norman Barros Logsdon e Zaíra Morais dos Santos Hurtado de Mendoza pela amizade, apoio, compreensão e orientações.
Aos professores Adnauer Tarquínio Daltro, José Manoel Henriques de Jesus e Francisco Antônio Rocco Lahr por aceitarem participar como membros da banca de defesa e pelas valiosas contribuições.
Ao Laboratório de Tecnologia e Utilização de Produtos Florestais da Faculdade de Engenharia Florestal, Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá-MT, pela disponibilização do espaço para preparo do material.
À Empresa MADEIRANIT Madeiras Ltda. representada pela Gerente Zuleika Emelina Joanella Becker e pelo Responsável na linha de produção Antônio Marcos dos Santos, pela doação das laminas de madeira e pela disponibilidade do maquinário para a confecção dos painéis. À Empresa MASEAL representada pelo Responsável Técnico Flávio Pleutin pelo apoio e parceria.
À CAPES pela concessão da bolsa de estudos.
Aos Professores do Programa - Adnauer Tarquínio Daltro, Douglas Queiroz Brandão, Eliana Beatriz Nunes Rondon Lima, Humberto da Silva Metello, José Manoel Henriques de Jesus, José Antônio Lambert e Paulo Modesto Filho pela contribuição e formação intelectual ao longo desse período de estudos e certa de que levarei para minha vida profissional e social o aprendizado obtido.
À Rainy minha amiga de mestrado e faculdade.
Aos colegas do Programa – Arlene Ramirez Peña, Carlos Henrique Beuter, Danilo Ferreira de Souza, Hebert Tadashi Mitsuyiuki, Helen Farias Ferreira, Heliara Aparecida Costa, Jefferson Alves Oliveira, José Álvaro da Silva, Lucila do Carmo Schmidt Travaína, Manoela Rondon Ourives Bastos, Nivaldo Capistrano Ferreira, Paschoal Gavazza de Araújo Neto e Raul Vitor Arantes Monteiro pela amizade e/ou companheirismo.
Aos Professores e Amigos do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato Grosso, que contribuíram para minha formação como Tecnóloga em Controle de Obras o que possibilitou minha entrada no Mestrado.
À minha amiga de 6° Série, de Crisma, da Igreja, da Faculdade e que foi imprescindível para minha entrada no Mestrado Thalita Luiza da Silva e Lima.
“Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que parecia impossível”.
RESUMO
Dentro da área madeireira o processamento mecânico da madeira engloba basicamente duas indústrias, que são as serrarias e as laminadoras, as quais se diversificam em função do tipo de produto gerado. As serrarias geram peças de madeira serrada com dimensões variadas para atender o mercado consumidor, já as laminadoras têm como principal objetivo aproveitar ao máximo a tora de madeira, transformando-a em lâminas contínuas ou descontínuas, que serão empregadas na formação de compósitos de madeira. Esses compósitos ou mais comumente painéis de madeira, têm como principal objetivo suprir algumas necessidades de uso, que a tora original não oferece. Os painéis laminados foram os primeiros a serem desenvolvidos dentro da área tecnológica, sendo o compensado o seu representante mais conhecido. Dentro do grupo dos painéis laminados tem-se também os painéis Laminated Veneer Lumber, mais conhecido com a sigla LVL, que são bastante parecidos com os painéis compensados. A principal diferença entre eles é exatamente na forma de montagem das lâminas, onde o compensado recebe as lâminas de forma perpendiculares e o LVL de forma paralela. Várias madeiras podem ser utilizadas para a produção desses compósitos, contudo, essa pesquisa teve como objetivo principal verificar a viabilidade do uso da madeira de Amescla (Trattinnickia burserifolia (Mart.) Willd.) para a produção de painéis compensados e LVL. Os painéis foram confeccionados conforme metodologia adotada dentro da linha de produção da empresa MADEIRANIT Madeiras LTDA, localizada no município de Sinop-MT, utilizando-se como adesivo a resina fenol-formaldeído. Os ensaios efetuados foram de teor de umidade (ABNT NBR 9484:2011), massa específica aparente (ABNT NBR 9485:2011), absorção de água (ABNT NBR 9486:2011), inchamento – método de ensaio (ABNT NBR 9535:2011), resistência à flexão (ABNT NBR 9533:2012), qualidade de colagem (ABNT NBR 12466-1:2012). O delineamento adotado foi o inteiramente casualizado (DIC), com quatro repetições por painel. Concluiu-se que para as propriedades físicas, somente a massa específica e o inchamento em espessura apresentaram diferença estatística entre os painéis. Sendo que o painel LVL apresentou a menor massa específica e o maior inchamento em espessura. Para as propriedades mecânicas, no ensaio de flexão estática, houve diferença entre os dois tipos de painéis, sendo que o maior módulo de ruptura e o maior módulo de elasticidade foram para o painel LVL, analisado com lâminas na direção paralela às fibras da madeira. Para a avaliação da qualidade de colagem, houve diferença entre os dois tipos de painéis para o ensaio de cisalhamento, sendo que o LVL foi o painel que apresentou maior resistência na linha de cola. O painel LVL na direção paralela, mostrou-se superior ao painel compensado, portanto,
dependendo da utilização o LVL poderia substituí-lo. A madeira de Amescla demonstrou ser promissora para fabricação de painéis LVL.
Palavras-chaves: Compósitos de madeira. Caracterização Tecnológica. Trattinnickia burserifolia (Mart.) Willd.
ABSTRACT
Inside the timber area the mechanical wood processing basically encompasses two industries, which are sawmills and veneer plants, which are diversified according to the type of product generated. Sawmills produce sawn timber pieces with various sizes to meet the consumer market, as the rolling mills are mainly intended to make the most of the log of wood, making it a continuous or discontinuous blades, which will be employed in the formation of wood composites. These composites or most commonly wood paneling, are mainly intended to supply some usage needs, the original log does not offer. The laminated panels were the first to be developed within the technology area, and the offset its best known representative. Within the group of laminated panels has Laminated Veneer Lumber also panels, better known with the acronym LVL, which are quite similar to plywood. The main difference between them is just as fitting the blades, where the perpendicular offset receives the form of blades and LVL in parallel. Various woods can be used for the production of these compounds, however, this research aimed to verify the feasibility of using wood Amescla (Trattinnickia burserifolia (Mart.) Willd.) For the production of plywood and LVL panels. Panels they were made according to the methodology adopted within the MADEIRANIT Woods LTDA production line, located in the municipality of Sinop-MT, using as adhesive phenol formaldehyde resin. The conducted tests were moisture content (NBR 9484: 2011), bulk density (NBR 9485: 2011), water absorption (NBR 9486: 2011), swelling - Test method (NBR 9535: 2011) , flexural strength (NBR 9533: 2012), quality of bonding (NBR 12466-1: 2012). The design adopted was completely randomized (DIC), with four replicates per panel. It was concluded that for the physical, only the density and thickness swelling statistical difference between the panels. Since the LVL panel showed the lowest density and the highest thickness swelling. For mechanical properties, the bending test, there were differences between the two types of panels, and the highest modulus of rupture and higher elastic modulus were to LVL panel analyzed with blades in a direction parallel to the wood fibers. For assessing the quality of bonding, there were differences between the two types of panels for the shear test, and the LVL was the panel with the highest resistance in the glue line. The LVL panel in the parallel direction, was superior to plywood panel, so depending on the use LVL could replace it. The timber Amescla shown to be promising for manufacturing LVL boards.
Keywords: Wood composites. Technological Characterization. Trattinnickia burserifolia (Mart.) Willd.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Esquema representativo dos produtos de madeira reconstituída... 32 Figura 2 - Posicionamento das lâminas no painel compensado... 34 Figura 3 - Orientação do composto estrutural de madeira LVL - Laminated Veneer
Lumber... 35 Figura 4 - Esquema de aplicação do adesivo para os painéis compensados e LVL.... 39 Figura 5 - Esquema de retirada dos corpos de prova nos painéis compensados... 41 Figura 6 - Esquema de retirada dos corpos de prova nos painéis LVLs... 42 Figura 7 - Gráfico de probabilidade normal para os valores de MOR em painéis
compensados – Orientação paralela... 55 Figura 8 - Gráfico de probabilidade normal para os valores de MOR em painéis
compensados – Orientação perpendicular... 56 Figura 9 - Gráfico de probabilidade normal para os valores de MOR em painéis LVL
– Orientação paralela... 57 Figura 10 - Gráfico de probabilidade normal para os valores de MOR em painéis
LVL– Orientação perpendicular... 58 Figura 11 - Gráfico de probabilidade normal para os valores de MOE em painéis
compensados – Orientação paralela... 60 Figura 12 - Gráfico de probabilidade normal para os valores de MOE em painéis
compensados – Orientação perpendicular... 61 Figura 13 - Gráfico de probabilidade normal para os valores de MOE em painéis LVL
– Orientação paralela... 62 Figura 14 - Gráfico de probabilidade normal para os valores de MOE em painéis LVL
– Orientação perpendicular... 63 Figura 15 - Gráfico de probabilidade normal para os valores de cisalhamento na linha
de cola em painéis compensados... 67 Figura 16 - Gráfico de probabilidade normal para os valores de cisalhamento na linha
de cola em painéis LVL... 68 Figura 17 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
compensadas – Orientação Transversal: Corpo de Prova PC1 C1... 92 Figura 18 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
Figura 19 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas compensadas – Orientação Transversal: Corpo de Prova PC1 C3... 94 Figura 20 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
compensadas – Orientação Paralela: Corpo de Prova PC1 C4... 95 Figura 21 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
compensadas – Orientação Paralela: Corpo de Prova PC2 C1... 96 Figura 22 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
compensadas – Orientação Transversal: Corpo de Prova PC2 C2... 97 Figura 23 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
compensadas – Orientação Transversal: Corpo de Prova PC2 C3... 98 Figura 24 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
compensadas – Orientação Paralela: Corpo de Prova PC2 C4... 99 Figura 25 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
compensadas – Orientação Transversal: Corpo de Prova PC3 C1... 100 Figura 26 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
compensadas – Orientação Transversal: Corpo de Prova PC3 C2... 101 Figura 27 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
compensadas – Orientação Paralela: Corpo de Prova PC3 C3... 102 Figura 28 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
compensadas – Orientação Transversal: Corpo de Prova PC3 C4... 103 Figura 29 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
compensadas – Orientação Paralela: Corpo de Prova PC4 C1... 104 Figura 30 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
compensadas – Orientação Transversal: Corpo de Prova PC4 C2... 105 Figura 31 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
compensadas – Orientação Transversal: Corpo de Prova PC4 C3... 106 Figura 32 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas
compensadas – Orientação Paralela: Corpo de Prova PC4 C4... 107 Figura 33 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Paralela: Corpo de Prova PL1 C1... 108 Figura 34 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Figura 35 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL – Orientação Paralela: Corpo de Prova PL1 C3... 110 Figura 36 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Paralela: Corpo de Prova PL1 C4... 111 Figura 37 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Paralela: Corpo de Prova PL2 C1... 112 Figura 38 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Paralela: Corpo de Prova PL2 C2... 113 Figura 39 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Paralela: Corpo de Prova PL2 C3... 114 Figura 40 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Paralela: Corpo de Prova PL2 C4... 115 Figura 41 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Paralela: Corpo de Prova PL3 C1... 116 Figura 42 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Paralela: Corpo de Prova PL3 C2... 117 Figura 43 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Paralela: Corpo de Prova PL3 C3... 118 Figura 44 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Paralela: Corpo de Prova PL3 C4... 119 Figura 45 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Paralela: Corpo de Prova PL4 C1... 120 Figura 46 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Paralela: Corpo de Prova PL4 C2... 121 Figura 47 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Paralela: Corpo de Prova PL4 C3... 122 Figura 48 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Transversal: Corpo de Prova PL1 C1T... 123 Figura 49 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Transversal: Corpo de Prova PL1 C2T... 124 Figura 50 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Figura 51 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL – Orientação Transversal: Corpo de Prova PL2 C2T... 126 Figura 52 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Transversal: Corpo de Prova PL3 C1T... 127 Figura 53 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Transversal: Corpo de Prova PL3 C2T... 128 Figura 54 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
Orientação Transversal: Corpo de Prova PL4 C1T... 129 Figura 55 - Dados do ensaio de flexão estática para MOR e MOE em chapas LVL –
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Classificação para adesivos conforme o ambiente de
uso... 29
Tabela 2 - Propriedades da resina fenol-formaldeído CR - 7010... 37
Tabela 3 - Formulação final do adesivo fenol-formaldeído (FF)... 38
Tabela 4 - Critério de aceitação para umidade da lâmina de madeira... 38
Tabela 5 - Especificações técnicas para escolha da gramatura do adesivo... 39
Tabela 6 - Especificações técnicas da prensagem... 40
Tabela 7 - Normas adotadas para os ensaios físico-mecânicos... 43
Tabela 8 - Parâmetros utilizados no ensaio de resistência à flexão estática... 46
Tabela 9 - Estatística descritiva para as propriedades físicas para os painéis compensados... 49
Tabela 10 - Estatística descritiva para as propriedades físicas dos painéis LVL... 49
Tabela 11 - Resumo do teste t, para comparação das médias para as propriedades físicas entre os painéis compensados e LVL... 50
Tabela 12 - Valores do módulo de ruptura (MOR) para painéis compensados e LVL, considerando-se a orientação da capa... 54
Tabela 13 - Box Plot para MOR dos painéis compensados – Orientação paralela.... 55
Tabela 14 - Box Plot para MOR dos painéis compensados – Orientação perpendicular... 56
Tabela 15 - Box Plot para MOR dos painéis LVLs – Orientação paralela... 57
Tabela 16 - Box Plot para MOR dos painéis LVLs – Orientação perpendicular... 58
Tabela 17 - Valores do módulo de elasticidade (MOE) para painéis compensados e LVL, considerando-se a orientação da capa... 59
Tabela 18 - Box Plot para MOE dos painéis compensados – Orientação paralela.... 60
Tabela 19 - Box Plot para MOE dos painéis compensados – Orientação perpendicular... 61
Tabela 20 - Box Plot para MOE dos painéis LVLs – Orientação paralela... 62
Tabela 21 - Box Plot para MOE dos painéis LVLs – Orientação perpendicular... 63
Tabela 22 - Resumo da análise de variância para valores de MOR em painéis compensados e LVL – Direção paralela e perpendicular... 64
Tabela 23 - Resumo da análise de variância para valores de MOE em painéis
compensados e LVL – Direção paralela e perpendicular... 64 Tabela 24 - Resultado da comparação de médias pelo teste Tukey para MOR e
MOE, em função do tipo de painel e orientação... 64 Tabela 25 - Estatística descritiva do teste de cisalhamento na linha de cola para os
painéis compensados e LVL... 66 Tabela 26 - Box Plot para a resistência ao cisalhamento na linha de cola dos
painéis compensados... 67 Tabela 27 - Box Plot para a resistência ao cisalhamento na linha de cola dos
painéis LVLs... 68 Tabela 28 - Resumo da análise de variância (teste t, p<0,05) e comparação das
médias para o cisalhamento na linha de cola dos painéis compensados
e LVL... 69 Tabela 29 - Dados para o ensaio de teor de umidade dos painéis compensados... 81 Tabela 30 - Análise estatística inicial para teor de umidade dos painéis
compensados... 81 Tabela 31 - Dados para o ensaio de teor de umidade dos painéis LVL... 82 Tabela 32 - Análise estatística inicial para teor de umidade dos painéis LVLs... 82 Tabela 33 - Dados para o ensaio de massa específica aparente dos painéis
compensados... 83 Tabela 34 - Dados para o ensaio de massa específica aparente dos painéis LVL... 84 Tabela 35 - Análise estatística inicial para massa específica aparente dos painéis
compensados... 85 Tabela 36 - Análise estatística inicial para massa específica aparente dos painéis
LVLs... 85 Tabela 37 - Dados para o ensaio de absorção de água dos painéis compensados... 86 Tabela 38 - Análise estatística inicial para absorção de água dos painéis
compensados... 86 Tabela 39 - Dados para o ensaio de absorção de água dos painéis LVLs... 87 Tabela 40 - Análise estatística inicial para absorção de água dos painéis LVLs... 87 Tabela 41 - Dados para o ensaio de inchamento e recuperação em espessura dos
Tabela 42 - Dados para o ensaio de inchamento e recuperação em espessura dos
painéis LVLs... 89 Tabela 43 - Análise estatística inicial para inchamento e recuperação em espessura
dos painéis compensados... 90 Tabela 44 - Análise estatística inicial para inchamento e recuperação em
espessura dos painéis LVLs... 90 Tabela 45 - Dados do ensaio de cisalhamento na linha de cola dos painéis
compensados... 131 Tabela 46 - Dados do ensaio de cisalhamento na linha de cola dos painéis LVLs.... 131
LISTA DE ABREVIATURAS
ABIMCI Associação Brasileira da Industria de Madeira Processada Mecanicamente
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ASTM American Society for Testing and Materials BRASEQ Brasileira Equipamentos
DIC Delineamento Inteiramente Casualizado EUA Estados Unidos da América
FF Fenol-Formaldeído
IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas
LVL Laminated Veneer Lumber
MOE Módulo de Elasticidade na flexão estática MOR Módulo de Ruptura na flexão estática NBR Norma Brasileira Registrada
OSB Oriented Strand Board
PI Painéis Industriais
PP Painéis de Pesquisa
PLP Painel estrutural de lâminas paralelas SCL Structural Composite Lumber
SUDAM Superintendência do Desenvolvimento da Amazônia
UF Uréia-Formaldeído
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 21 1.1 OBJETIVOS... 22 1.1.1 OBJETIVO GERAL... 22 1.1.2 OBJETIVO ESPECÍFICO... 22 1.2 JUSTIFICATIVA... 23 2 REVISÃO DE LITERATURA... 24
2.1 AMESCLA (Trattinnickia burserifolia (MART.) WILLD.)... 24
2.2 PRODUÇÃO DE LÂMINAS... 24
2.3 ADESIVOS PARA PAINÉIS DE MADEIRA RECONSTITUÍDA... 27
2.4 PAINÉIS DE MADEIRA RECONSTITUÍDA... 31
2.4.1 PAINÉIS COMPENSADOS... 33
2.4.2 LAMINATED VENEER LUMBER (LVL)... 34
2.5 CONSIDERAÇÕES SOBRE A REVISÃO DE LITERATURA... 36
3 MATERIAL E MÉTODOS... 37
3.1 MATERIAIS... 37
3.2 MÉTODOS... 37
3.2.1 CONFECÇÃO DOS PAINÉIS... 37
3.2.2 ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS... 43
3.2.2.1 Teor de umidade (TU)... 43
3.2.2.2 Massa especifica aparente (Mea)... 44
3.2.2.3 Absorção de água (A)... 44
3.2.2.4 Inchamento (IR) e recuperação de espessura (R)... 45
3.2.3 ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS... 46
3.2.3.1 Módulo de ruptura (MOR) e elasticidade (MOE) a Flexão Estática... 46
3.2.3.2 Qualidade de colagem por meio do cisalhamento na linha de cola... 47
3.2.4 ANÁLISE ESTATÍSTICA... 48
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO... 49
4.1 PROPRIEDADES FÍSICAS... 49
4.2.1 MÓDULO DE RUPTURA (MOR) E ELASTICIDADE (MOE) A
FLEXÃO ESTÁTICA... 53
4.2.2 QUALIDADE DE COLAGEM POR MEIO DO CISALHAMENTO NA LINHA DE COLA... 65
5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES... 71
5.1 CONCLUSÕES... 71
5.2 RECOMENDAÇÕES... 71
REFERÊNCIAS... 72
APÊNDICE A – PROPRIEDADES FÍSICAS... 80
1 INTRODUÇÃO
O setor florestal brasileiro possui grande importância econômica no país, já que o Brasil apresenta muitas áreas de florestas nativas e de reflorestamento. A madeira extraída dessas florestas é utilizada com maior ênfase, na construção civil e na indústria moveleira com uma demanda crescente a cada ano.
Dentro da área madeireira o processamento mecânico da madeira engloba basicamente duas indústrias, que são as serrarias e as laminadoras, as quais se diversificam em função do tipo de produto gerado. As serrarias geram peças de madeira serrada com dimensões variadas para atender o mercado consumidor, já as laminadoras têm como principal objetivo aproveitar ao máximo a tora de madeira, transformando-a em lâminas contínuas ou descontínuas, que serão empregadas na formação de compósitos de madeira. Esses compósitos ou mais comumente painéis de madeira, têm como principal objetivo suprir algumas necessidades de uso, que a tora original não oferece.
A aceitação dos compósitos de madeira no mercado está relacionada com diversos fatores, entretanto, os pontos mais decisivos para o seu uso são sua boa estabilidade dimensional, dimensões maiores do que a madeira original, aceitação de preservativos contra o ataque de microrganismos xilófagos e a sua flexibilidade na produção o que proporciona redução de custo e consequentemente redução no preço de laminação, porém este valor se torna maior quando repassado ao consumidor final devido a qualidade do produto gerado.
A indústria de compósitos teve início com os painéis laminados e o primeiro painel fabricado recebeu o nome de compensado por derivação do latim compensatus, pela sua atuação e composição por ser feita de várias camadas finas de madeira em disposições diferenciadas e sofrer torções naturais. Além do compensado outros tipos de painéis laminados também são conhecidos no mundo, mas o compensado é o mais comercializado. O compensado é um painel fabricado através da colagem de lâminas em número ímpar de camadas, com a direção da grã perpendicular entre as camadas adjacentes. No Brasil quase toda produção de painéis compensados vem de árvores nativas e nesse caso, ele recebe o nome de compensado tropical, sendo inclusive, exportado com essa classificação.
Outro painel laminado utilizado na construção civil é o painel Laminated Veneer Lumber, mais conhecido com a sigla LVL. Esse painel basicamente difere do painel compensado, pela forma paralela de disposição das suas lâminas. Em nosso país o LVL não é comercializado industrialmente visto que o painel compensado supre as necessidades do
mercado consumidor. Entretanto, pesquisas tem demonstrado que em algumas situações, estes painéis oferecem melhor desempenho do que o painel compensado.
Aliado a necessidade de suprir a demanda madeireira do mercado atual, com o consumo consciente dos recursos florestais renováveis, o setor de produção e utilização de madeira vem buscando tecnologias diferenciadas, espécies alternativas, bem como adequação e indicação de usos dos produtos tradicionalmente empregados. Diante desta problemática o estudo em tela contempla os anseios do setor, pois poderá auxiliar nas tomadas de decisões quanto ao uso destes materiais.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 OBJETIVO GERAL
Verificar a viabilidade do uso da madeira de Amescla (Trattinnickia burserifolia (Mart.) Willd.), para produção de painéis compensados e LVL.
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar as propriedades físicas e mecânicas dos painéis compensados e LVL, confeccionados com madeira de Amescla, conforme discriminado a seguir:
a) Teor de umidade;
b) Massa específica aparente;
c) Inchamento e recuperação de espessura; d) Absorção de água;
e) Resistência a flexão estática por meio do módulo de ruptura e módulo de elasticidade;
1.2 JUSTIFICATIVA
A busca por espécies alternativas para produção de painéis compensados e LVL, para suprir o mercado consumidor, traz consigo paradigmas quanto suas características físicas e mecânicas, influenciadas na qualidade dos produtos em questão, para tanto se faz necessário aferir suas propriedades para demonstrar essa qualidade e potencialidade sobre a espécie escolhida. O estudo em tela contempla a utilização da espécie Amescla (Trattinnickia burserifolia (Mart.) Willd.) para fabricação dos painéis citados acima, confeccionados com resina fenol formaldeído.
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 AMESCLA (Trattinnickia burserifolia (MART.) WILLD.)
Conforme o IBAMA (1997), essa espécie é utilizada na construção civil como cordões, guarnições, rodapés, forros e lambris. Já na indústria moveleira ela é usada em móveis, partes internas de móveis, inclusive daqueles decorativos, chapas compensadas e lâminas decorativas, podendo ser usada em artigos esportivos, brinquedos e embalagens. Ela pertence à família das Burseráceas e é cientificamente conhecida pelo nome de Trattinnickia burserifolia (Mart.) Willd. Possui diversos nomes populares que se diferenciam conforme a região de ocorrência, sendo os mais comuns: amesclão, amescla, breu, breu-preto, breu-sucuruba, breu-sucuuba, mangue, mescla, morcegueira, sucuruba, sucurubeira. No Brasil sua maior ocorrência é nos estados da Amazônia, Acre, Amapá, Amazonas, Mato Grosso, Pará, Rondônia, ocorrendo também em outros países como Equador, Guiana, Guiana Francesa, Suriname e Venezuela (IPT, 1983).
Logsdon et al. (2007), fez a caracterização das propriedades físicas e dendrológicas da madeira de Amescla e constatou-se que os resultados indicam baixa resistência e não deve ser utilizada em Estruturas de Madeira. Por outro lado apresentará pouquíssimos defeitos oriundos da secagem, o que torna potencial sua aplicação em móveis, esquadrias, barcos, aparelhos musicais e de esporte, recomendando estudos complementares, tornando-se os estudos dos painéis confeccionados com a espécie em questão, a continuidade de trabalhos visando o melhor desempenho de aplicação.
2.2 PRODUÇÃO DE LÂMINAS
Atualmente, as lâminas de madeira são amplamente utilizadas, principalmente na produção de compensados, revestimentos e madeira colada. O processo de laminação não surgiu nos atuais tempos modernos, e sim em tempos remotos da civilização. Com base nos recentes conhecimentos históricos, é possível afirmar que a primeira lâmina de madeira foi produzida no Antigo Egito, aproximadamente em 3000 a.C. Eram pequenas peças, obtidas de valiosas e selecionadas madeiras, que se destinavam a confecção de luxuosas peças de mobiliário pertencentes aos reis e príncipes (BORTOLETTO, 2009).
Segundo Mendoza (2010), a princípio qualquer material vegetal estaria apto para produzir compósitos de madeira, contudo, quando se deseja qualidade, há várias restrições quanto ao tipo de matéria-prima. A autora menciona ainda, que entre todos os compósitos, os de madeira laminada são os mais exigentes em matéria-prima.
Com o desenvolvimento da indústria madeireira, várias espécies florestais foram sendo exploradas para a produção de lâminas, contudo, dentre todas as árvores nativas utilizadas para esse fim, a Amescla (Trattinnickia burserifolia (Mart.) Willd.), vem se destacando, por apresentar características tecnológicas altamente valorizadas, tais como: massa específica, cor, forma do fuste, grã regular, entre outras. Mesmo tendo boas características para laminação, a sua durabilidade pode ser ameaçada pelos fungos apodrecedores (SUDAM/IPT,1981). De acordo com IBAMA (1997), a trabalhabilidade dessa espécie é boa, sendo fácil de serrar e aplainar. Seu processo de secagem é rápido, porém apresenta tendências a rachaduras, encanoamento e torcimento.
De acordo com Santos, Mendoza e Logsdon (2013) a produção de lâminas começa com a seleção da espécie no campo, passando pelo processo de colheita e posteriormente seu armazenamento no pátio da indústria, onde será dada a sequência do processo industrial.
Iwakiri et al. (2005) mencionam que as etapas de preparação da tora até a sua laminação são importantes para dar qualidade ao processo e incluem basicamente o descascamento, a conversão e o aquecimento.
Segundo Vital (1971) o descascamento tem a finalidade de manter limpos os tanques de acondicionamento por mais tempo, além de facilitar o aquecimento. Iwakiri et al. (2005), afirmam que a conversão acontece com a remoção da casca, que tem por finalidade diminuir o tempo de aquecimento, tendo em vista que a casca é um material isolante.
Conforme Walker (1993) o aquecimento das toras auxilia no seu amolecimento, pois a lignina ficará mais plástica. A etapa de aquecimento é muito útil quando se trabalhar com madeiras mais densas, visto que, o processo de fendilhamento, no qual essas espécies estão propensas, será minimizado.
De acordo com Iwakiri (1997), o aquecimento de toras também poderá provocar alterações na cor das madeiras. O autor ainda menciona que madeiras com alto teor de umidade podem tornar-se mais escuras ou mais claras, quando aquecidas. Estas mudanças de cor são aceitáveis em alguns casos, mas em outros não. Em geral, o aquecimento tende a escurecer o alburno de todas as espécies.
Segundo Umaña e Brito (2004), o aquecimento provoca afrouxamento das ligações celulares da madeira. O vapor ou água quente servem como veículo para o calor. Por isto, no tanque devem-se aquecer toras da mesma espécie, ou pelo menos, de peso específico aproximado, para que o efeito do aquecimento seja igual.
A qualidade na produção de lâminas é um fator extremamente importante, uma vez que as mesmas serão matéria-prima para outros produtos. Iwakiri (1997) menciona que essa qualidade depende dos cuidados no manejo e preparação das toras, como condições de armazenamento, conversão, condicionamento antes da laminação, além dos equipamentos e do treinamento do operador. Para o mesmo autor, a lâmina “ideal” deve apresentar as seguintes características: uniformidade na espessura, aspereza similar àquela proporcionada pelo instrumento de corte, normalidade no plano da lâmina, ausência de fendas em ambas as faces, além de cor e figura desejáveis, que são atributos decorativos.
Conforme Pereira e Perdigão (1979), uma lâmina de boa qualidade seria aquela que apresenta textura uniforme, porosidade pequena, espessura regular e sem ranhuras, que provocariam as fendas de laminação. Na indústria as lâminas com essas fendas recebem o nome de lâminas abertas em oposição à face dita fechada, que não as apresenta. As fendas de laminação, que afetam as lâminas de baixa espessura utilizadas como capa, são a causa dos fendilhamentos das superfícies, particularmente ruins para os painéis que devem receber um acabamento cuidadoso (envernizamento). Este defeito ocorre muito em painéis decorativos e é extremamente grave.
Walker (1993) relata que as características desejáveis em uma lâmina seriam: teor de umidade uniforme, superfície sem ondulações e/ou depressões, livre de fendas, com boas condições de colagem, cor desejável, mínima contração em espessura, mínimo endurecimento superficial (compressão externa e tração interna) e ausência de colapso.
De acordo com Iwakiri (1997), a lâmina de madeira é definida como um material produzido pela ação do corte por meio de uma “faca especifica”, em peças, as quais variam de 0,13 mm a 6,35 mm de espessura. Elas podem ser obtidas através de torno, faqueadeira, e serra, sendo este último, o processo mais antigo e atualmente em desuso. Devido ao processo rápido e com produtividade elevada, o torno é o equipamento mais utilizado para produção de lâminas. Já a faqueadeira é especialmente utilizada para produção de lâminas decorativas. Neste caso, as toras são desdobradas em blocos ou pranchões de vários formatos, sendo o faqueamento executado de forma descontínua, através de cortes planos. As lâminas obtidas na faqueadeira são mais propensas ao fendilhamentos e quando comparada às do torno, tem rendimento menor.
Segundo Walker (1993), as lâminas produzidas por meio de faqueadeiras (horizontais ou verticais) apresentam padrões de grã mais decorativos, devido ao formato da peça de madeira, blocos ou pranchões. À medida que essas lâminas são cortadas, devem ser mantidas em ordem, para posteriormente possibilitar a montagem das figuras. O autor ressalta ainda, que elas devem ser retiradas sempre de uma superfície plana, e deverão ser empregadas na mesma posição em que foram obtidas.
Mendes et al. (2010) descrevem que as lâminas faqueadas são peças utilizadas em mobiliário e têm geralmente alto valor decorativo, pois permitem aproveitar os detalhes anatômicos macro e microscópicos da árvore. Estas lâminas são obtidas em faqueadeiras, a partir de uma tora inteira, da metade ou de um quarto da tora.
Depois do processo de faqueamento ou desfolhamento ocorre a secagem das lâminas, até que o teor de umidade final fique em torno de 12%. As lâminas podem ser secas ao ar livre ou em secadores artificiais. Após secas elas são seccionadas, objetivando-se uniformizar suas dimensões, visto que as mesmas, possuem comprimento e largura variável, que depende da dimensão da tora original. Na guilhotina também são excluídos os defeitos inerentes à espécie florestal ou a secagem, ocorridos durante o processo de laminação (SOUZA, 2009).
Na próxima etapa dentro do processo de laminação, as lâminas são classificadas por meio de analise visual dos possíveis defeitos que possam comprometer a qualidade das mesmas. Após classificadas, elas são armazenadas e transportadas até o mercado consumidor, ou utilizadas diretamente para a confecção de painéis.
2.3 ADESIVOS PARA PAINÉIS DE MADEIRA RECONSTITUÍDA
De acordo com Vick (1999), os adesivos utilizados para a colagem da madeira ou de painéis, são baseados em compostos pertencentes ao grupo químico denominado polímeros, podendo ser de origem natural ou sintética. Os adesivos naturais são derivados de animais e vegetais, já os sintéticos são produzidos em laboratório e dividem-se em duas classes, os termoplásticos e os termofixos. Os adesivos sintéticos termoplásticos, quando aquecidos amolecem e quando resfriados solidificam. Sua característica principal é a baixa resistência a altas temperaturas e umidade. Os adesivos sintéticos termoendurecedores ou termofixos, ao serem submetidos ao aquecimento sofrem mudanças químicas irreversíveis, garantindo
resistência à umidade e a cargas, além de não apresentar modificações com a variação de temperatura.
Segundo Dias e Lahr (2003), existem dois tipos de adesivos amplamente empregados nas indústrias madeireiras: a base de fenol-formaldeído, para uso externo, sendo normalmente utilizado na construção civil e naval e a base de ureia-formaldeído, para uso interno, sendo mais empregado, na indústria moveleira.
O Fenol-formaldeído (FF), conhecido como adesivo fenólico, é um adesivo termofixo tipicamente utilizado na produção de painéis compensados e painéis OSB (oriented strand board) empregados na construção civil, devido principalmente a grande exposição à água que esta aplicação possui, pois é um adesivo que tem a habilidade de manter estáveis as 38 propriedades mecânicas e dimensionais do compósito, sob condições de umidade (STARK; CAI; CARLL, 2010).
Frihart (2005) menciona que a durabilidade desse adesivo é excelente devido a sua boa adesão à madeira, alta resistência do polímero e a excelente estabilidade do adesivo. Entretanto o seu custo é relativamente alto, sendo em média 2,5 vezes mais oneroso, do que o adesivo (UF) ureia-formaldeído (IWAKIRI et al., 2005).
De acordo com Maloney (1993), outra grande vantagem do adesivo termofixo é a sua estabilidade ao calor, sendo seu tempo de cura estimado entre 121ºC a 149ºC no centro da chapa. Segundo Iwakiri et al. (2005) o adesivo FF apresenta coloração marrom avermelhado, teor de sólidos entre 48 e 51%, pH na faixa de 11 a 13 e viscosidade de 300 a 600 cP.
Conforme United States Departament of Agriculture – USDA (2010), os adesivos para madeira são classificados em três grupos, que se diferenciam com o ambiente de uso (Tabela 1).
Tabela 1 – Classificação para adesivos conforme o ambiente de uso. Classificação
(USDA) Ambiente Adesivo
Classificação (VICK, 1999)
Estrutural
Exterior
Fenol-Formaldeído (FF) Termoendurecedor (termofixo) Resorcinol-Formaldeido
(RF) Termoendurecedor (termofixo)
Fenol-Resorcinol-Formaldeido (FRF) Termoendurecedor (termofixo) Emulsão
polímero/Isocianato Termoendurecedor (termofixo)
Melanina-Formaldeído(MF) Termoendurecedor (termofixo) Exterior
Limitado
Melanina-Uréia-Formaldeído (MUF) Termoendurecedor (termofixo) Isocianato Termoendurecedor (termofixo) Epóxi Termoendurecedor (termofixo) Interior Uréia-Formaldeído (UF) Termoendurecedor (termofixo)
Caseína Termoplásticos
Semiestrutural
Exterior Limitado
Acetato de Polivinila
Croosilinking (PVAc) Termoplásticos
Poliuretano (PU) Termoplásticos
Não Estrutural Interior Acetato de Polivinila (PVA) Termoplásticos Animal Natural Elastômeros Termoplásticos Hot-Melt Termoplásticos Amido Natural
Fonte: United States Departament of Agriculture (2010) – adaptado pela autora.
Frihart (2005) descreve que a classificação dos adesivos e suas categorias, são definidas a partir do uso externo e interno, mas podem também ser em relação a sua permanência e durabilidade. A permanência do adesivo é analisada em condições ambientais irreversíveis, enquanto, a durabilidade refere-se às condições ambientais reversíveis.
Rowell (2005) menciona que os adesivos apresentam parâmetros de qualidade que lhes confere melhor ou pior desempenho durante o processo de colagem. Para isso, as principais características físico-químicas analisadas neles são o tempo de formação de gel (gel time), a viscosidade, o teor de sólidos e o pH.
Marra (1992) explica que o tempo de formação de gel é a velocidade com que um adesivo se converte de líquido a sólido. Esta velocidade depende dos mecanismos químicos do adesivo e das condições físicas presentes na linha de cola. De acordo com Albuquerque et al.(2005) essa velocidade é importante pois está relacionada à vida útil do adesivo, quando se
atinge o ponto de máxima viscosidade admissível para a sua aplicação. Ela também está relacionada à reatividade do adesivo, que por sua vez, influenciará no tempo de prensagem.
A viscosidade de um liquido é definida como a resistência ao fluxo livre entre camadas de uma matéria, ou também, a grandeza que caracteriza a existência de atrito entre as moléculas de um fluido e que se manifesta através do escoamento (IWAKIRI et al., 2005). Para a BRASEQ (2005), a viscosidade é um termo comumente conhecido, que descreve as propriedades de escoamento de um fluido, ou seja, o atrito das camadas internas do fluido que impõe a resistência a fluir.
O teor de sólidos é a quantidade de extratos secos existentes no adesivo, seria o que fica no substrato após a evaporação do solvente. Este parâmetro é bastante usado em laboratório para verificar a condição de aplicação do adesivo. O calor afeta a taxa de transição de líquido para sólido e, portanto, reduz o período de prensagem. Após o adesivo endurecer, os sólidos adquirem propriedades diferentes e assumem um novo papel. Durante a colagem, eles devem diminuir a coesão, ao fazer isso, eles se tornam mecanismos de união entre duas superfícies que serão unidas, conferindo resistência e durabilidade ao material (MARRA, 1992).
O potencial hidrogeniônico ou potencial hidrogênio iônico (pH), é um índice que indica a acidez, neutralidade ou alcalinidade de um meio qualquer. A escala do pH pode variar de 0 até 14, sendo que o pH menor que 7 indica que tal substância é ácida, para pH maior que 7 indica que a substância é básica e para substância com pH 7 indica que ela é neutra. Este parâmetro em relação à colagem de madeiras é importante, pois pH muito baixo pode provocar uma formação excessiva de espuma na mistura, prejudicando sensivelmente a aplicação do adesivo. Já madeiras de alta acidez podem provocar uma pré-cura da resina durante a prensagem (ALBUQUERQUE et al., 2005). Cada tipo de adesivo é produzido com pH especifico e destinado a oferecer uma determinada solubilidade, velocidade e grau de solidificação, em relação ao substrato utilizado (IWAKIRI et al., 2005).
No intuito de melhorar a qualidade de colagem dos adesivos, é comum o uso de substâncias aditivas durante o preparo das colas. O extensor é um componente adicionado na mistura e tem como função reduzir o custo final do adesivo, auxiliar no controle da viscosidade e nas funções de mobilidade do adesivo desde o espalhamento até a sua solidificação ou cura (MARRA, 1992; SELLERS, 1985). Esses extensores podem ser à base de amido e de proteína, e quando misturados na composição do adesivo, contribuem para melhorar seu escoamento. No Brasil, as indústrias de compensados usam, como extensor, a farinha de trigo, mas várias pesquisas estão sendo desenvolvidas para que outros tipos de extensores possam ser utilizados
(MOREIRA, 1985). Penna et al. (2013a) apresenta estudos acerca dos painéis fabricados com a fécula da mandioca, e concluiu que é viável o uso do extensor fécula de mandioca em substituição à farinha de trigo. Outro extensor explorado é a farinha de mandioca que substituí muito bem a farinha de trigo segundo Penna et al. (2013b), porém as desvantagens em se utilizar extensores é o elevado tempo de cura da cola, devido ao excesso de água e farinha na formulação do adesivo, além disso, o ataque de agentes xilófagos na linha de cola se acentua devido à presença de amido na composição do extensor (JANKOWSKY, 1980).
2.4 PAINÉIS DE MADEIRA RECONSTITUÍDA
De acordo com Marra (1992), as árvores que são extraídas da floresta passam por diversas operações de processamento da madeira para redução das dimensões, formando diferentes tipos de elementos de madeira, que podem ser utilizados para confecção de vários produtos, dentre eles cita-se os painéis de madeira.
Os painéis de madeira reconstituída são aqueles que utilizam partículas, fibras ou laminas de madeira natural como principal matéria prima, coladas por uma resina sintética ou natural, sobre a ação de temperatura e pressão (IWAKIRI et al., 2005). A aplicação desses painéis abrange tanto a utilização para fins estruturais como não estruturais, podendo ser usados em ambientes externos e internos (YOUNGQUIST, 1999).
As vantagens dos painéis de madeira em relação à madeira sólida são perceptíveis já no início do processo de fabricação, pois o aproveitamento da tora é expressivo, obtendo altos índices de rendimento quando comparado à conversão de madeira serrada, que geralmente apresenta baixo aproveitamento e perdas consideráveis (GONÇALVEZ, 2000).
Segundo Iwakiri et al. (2005), os painéis de madeira reconstituída podem ser classificados conforme discriminado na Figura 1.
Figura 1 – Esquema representativo dos produtos de madeira reconstituída.
Fonte: IWAKIRI et al. (2005) – adaptado pela autora.
Conforme Youngquist (1999), os painéis de madeira podem ser divididos em três categorias diferentes: os laminados, os particulados e os painéis de fibras. Os painéis laminados incluem os compensados laminados (Plywood), os compensados sarrafeados e o LVL (Laminated Veneer Lumber). Têm-se também as vigas laminadas cuja espessuras são maiores. No grupo dos particulados encontram-se os painéis aglomerados (Particleboard), os painéis OSB (Oriented Strandboard) e os painéis WB (Waferboard). O painel MDF (Medium Density Fiberboard), a chapa dura (Hardboard) e a chapa isolante (Insulation Board) fazem parte dos painéis de fibras. Além desses, existem também outros painéis que merecem destaque, como por exemplo, entre os painéis aglomerados inclui-se o Fineboard, para os painéis de fibra insere-se o HDF (High Density Fiberboard), e por fim têm-insere-se os painéis minerais formados por Flake e Excelsior. De acordo com Mendoza (2010), dentro da classe dos particulados, atualmente merece destaque o painel MDP (Medium density particleboard) ou painel de partículas de média densidade, que é uma versão aprimorada do aglomerado convencional.
Nessa revisão foi dada atenção especial aos painéis do tipo compensado laminado e LVL (Laminated Veneer Lumber), por serem objetos de estudo da pesquisa.
2.4.1 PAINÉIS COMPENSADOS
No Brasil, os compensados são divididos de acordo com sua forma de fabricação, em painéis multilaminados (plywood) ou sarrafeados (blockboard). São utilizados, principalmente na indústria moveleira, na construção civil (em fôrmas para concreto, com colagem à prova d’água), como elemento decorativo, quando a chapa recebe uma superfície de lâmina decorativa e também na construção civil e indústria naval, por serem à prova d’água e também por terem boa resistência mecânica (ABIMCI, 2007).
Segundo Albuquerque (1996), a base do surgimento da indústria de compensados teve seu apogeu inicial em função do surgimento do torno desfolhador, o que possibilitou uma produção econômica, sustentável e em grande escala.
De acordo com César (2002), as chapas de madeira compensada, também conhecidas por “contraplacados”, têm como conceito de produto, o emprego de lâminas finas de madeira coladas perpendicularmente umas sobre as outras para formar a chapa de compensado. As lâminas de madeira podem ser provenientes de árvores de coníferas ou de folhosas de florestas nativas e reflorestamento.
A composição do painel compensado na forma de laminação cruzada juntamente com a restrição da linha de cola, proporciona o balanceamento dos diferentes comportamentos físico-mecânicos exercidos pelas lâminas de camadas adjacentes, dispostas nos sentidos longitudinal e perpendicular ao plano da chapa (SUCHSLAND, 1972).
Existem várias formas de conceituação de um painel compensado, mas Kollmann et al. (1975) mencionam que de forma geral, eles podem ser definidos como sendo um painel produzido por um número ímpar de lâminas de madeira mediante adição de uma resina adequada ao seu uso final, colados sob pressão e temperatura. Os autores mencionam também, que a compensação de forças de resistência desses painéis, será realizada por meio da disposição perpendicular das fibras das lâminas. Segundo Stamato e Calil Júnior (2003), o compensado é um painel formado, em geral, por número ímpar de lâminas, balanceado, com as lâminas alternadas paralelas e as adjacentes perpendiculares (Figura 2), podendo ser considerado para análise estrutural, como um material ortotrópico (simetria elástica em relação a dois planos perpendiculares, caracterizado por propriedades direcionais).
Figura 2 – Posicionamento das lâminas no painel compensado.
Fonte: STAMATO; CALIL JÚNIOR, (2003).
2.4.2 LAMINATED VENEER LUMBER (LVL)
Luxford (1944) foi quem surgiu com a ideia de se colar lâminas de madeira no mesmo sentido (com a orientação das fibras paralelas umas às outras) para produção de elementos estruturais de aviões. Em seu trabalho o autor utilizou lâminas de 3,6 mm, coladas a frio, e deu origem ao material que hoje é conhecido como “Laminated Veneer Lumber”.
Apesar de conhecido desde a segunda guerra mundial, somente em meados da década de 1970, as indústrias de painéis laminados nos Estados Unidos da América e Canadá iniciaram a produção de painéis de lâminas paralelas, denominados de Laminated Veneer Lumber (LVL) para uso estrutural. O LVL em escala industrial, geralmente é fabricado a partir de lâminas com espessuras de 2,5 a 3,2 mm, dispostas na mesma direção da grã e coladas com resina fenol-formaldeído por meio de prensagem a quente (FOREST PRODUCTS LABORATORY, 1999).
Estes painéis, podem ter mais de 20 lâminas na sua formação e a sua espessura pode variar de 2,5 mm a 12,7 mm. Quando confeccionados para uso estrutural, suas dimensões podem ultrapassar 70 mm de espessura e 20 m de comprimento (CARVALHO; LAHR; BOTOLETTO JÚNIOR, 2004).
Matos (1997) cita que o LVL apresenta inúmeras vantagens, quando comparado com a madeira sólida, destacando-se: a maior resistência em função do processo de classificação das lâminas para camadas externas da chapa; a flexibilidade dimensional e utilização de grande
variedade de espécies. Na construção civil, seu uso principal é como “flange” (alma) na composição de vigas em “I”, no entanto, pode também ser empregado em outras aplicações como: formas de concreto, carrocerias e revestimentos para caminhões e vagões, casas pré-fabricadas, sistemas de forros e coberturas, componentes de móveis, dentre outros.
O processo de produção de painéis LVL, segundo Emission Factor Industry (2002), é relativamente complexo, envolvendo muitas operações que resultará no final, em um produto bastante uniforme e resistente.
De acordo com Lima (2011), os painéis LVL têm o mesmo processo de produção das lâminas do compensado convencional, mas com espessuras variáveis. As lâminas que os compõem, podem ser obtidas em torno desfolhador ou em faqueadeira, porém, os painéis são montados com a direção da grã no mesmo sentido, com aplicação de adesivo resistente à umidade, e sua prensagem pode ser a frio ou quente. No Brasil, o LVL tem sua utilização industrial limitada, sendo produzidos somente sob encomenda, no entanto, o autor menciona que existem grandes possibilidades de produção desses painéis com o aproveitamento de espécies de madeira de rápido crescimento, combinadas com lâminas de folhosas tropicais, baseado no processo de produção similar ao compensado “combi”, com ganhos significativos na resistência dos painéis.
Segundo a Standard Specification for Evaluation of Structural Composite Lumber Products (2001), o LVL é definido como um compósito constituído de lâmina de madeira de pequena espessura, sendo folhas ou folheados, com as fibras da madeira orientadas principalmente ao longo do comprimento da peça (Figura 3), sendo que a espessura das lâminas não deve exceder a 6,4 mm (0,25 polegadas).
Figura 3 – Orientação do composto estrutural de madeira LVL - Laminated Veneer Lumber.
A mesma norma descreve ainda, que o LVL faz parte da categoria de materiais designada SCL (Structural Composite Lumber), em que o produto final é planejado para uso estrutural, o que implica que seus elementos constituintes são orientados prioritariamente com a direção de suas fibras (grã da madeira) segundo o comprimento da peça e devem ser colados com adesivo para uso exterior.
Conforme Muller (2009), o LVL deverá ser confeccionado de forma balanceada, para manter a sua estabilidade dimensional e apresentar equilíbrio no desempenho mecânico, quando o teor de umidade variar ou houver a solicitação por forças internas e/ou externas. As camadas de lâminas de madeira devem ser montadas de tal forma que a secção transversal do produto apresente uma linha neutra central, que fica dividida em duas partes simétricas e balanceada entre si. Assim, as camadas distantes dessa linha neutra devem ter mesma espessura, ser formada por madeira de uma espécie com propriedades similares, e possuir mesmo teor de umidade por ocasião da colagem e da prensagem.
Segundo Walker (1993), o LVL distingue-se do compensado pelo fato das lâminas serem coladas, umas sobre as outras, com as fibras dispostas paralelamente. A produção comercial do LVL tem empregado lâminas com 3,2 mm de espessura, resina a base de fenol-formaldeído e prensagem a quente convencional. O autor relata ainda, que este tipo de painel poderá também ser produzido através de prensagem contínua, em larguras de 100 a 1200 mm, espessuras de 19 a 75 mm e comprimentos de até 25 metros.
De acordo com Pease (1994) as principais diferenças apresentadas pelo LVL, em relação ao compensado, referem-se à montagem dos painéis, cujas lâminas no LVL, são na mesma direção, número de lâminas (até mais de 20), espessura das lâminas (de 2,5 a 12,7 mm), forma e dimensões dos painéis (até 70 mm de espessura e comprimentos até maiores que 20 m), e utilização, prioritariamente estrutural. Por se tratar de um produto estrutural, o LVL deve ser manufaturado com adesivo sintético termofixo e resistente a umidade.
2.5 CONSIDERAÇÕES SOBRE A REVISÃO DE LITERATURA
Com base na revisão de literatura apresentada a utilização da espécie Amescla para fabricação de painéis compensados e LVL é uma inovação, devido a aplicação tanto na indústria moveleira quanto estrutural, pois permite analisar sua resistência influenciada pelo adesivo adotado, tendo em vista ser um trabalho inédito pois não foi encontrado produções com efeito comparativo do mesmo seguimento e com as mesmas características apresentadas.
3 MATERIAL E MÉTODOS
3.1 MATERIAIS
Para a pesquisa foram utilizadas lâminas da madeira de Amescla (Trattinnickia burserifolia (Mart.) Willd.), confeccionadas pela empresa MADEIRANIT Madeiras Ltda., localizada no município de Sinop – MT. Essas lâminas foram obtidas em torno laminador, secas e separadas por critério de qualidade, conforme especificações da empresa.
A colagem entre as lâminas teve utilização da resina sintética CR – 7010 à base de fenol-formaldeído de alta resistência à umidade, visando e estimando a aplicação deste painel com alta índice de rigidez em estruturas com adição e influência de extensor como a farinha de trigo.
3.2 MÉTODOS
Toda a metodologia adotada na confecção dos painéis, foi realizada de acordo com a linha de produção da empresa MADEIRANIT Madeiras LTDA.
3.2.1 CONFECÇÃO DOS PAINÉIS
Para colagem dos painéis utilizou-se a resina fenólica, fenol formaldeído cujas propriedades são apresentadas na Tabela 2.
Tabela 2 – Propriedades da resina fenol-formaldeído CR - 7010.
PROPRIEDADE DESCRIÇÃO
Aparência Líquido Viscoso Avermelhado Viscosidade a 25ºC 550 - 850 cP
Sólidos a 105ºC 48 - 50%
pH 12 – 13
Densidade a 25ºC 1,200 - 1,250 g/cm³ Fonte: Manual Técnico - MADEIRANIT Madeiras Ltda. (2014).
A preparação final do adesivo foi feita basicamente pela mistura do adesivo “in natura” com alguns outros componentes, em uma batedeira industrial, por aproximadamente 15 minutos, e sua formulação final apresenta-se na Tabela 3. Após a preparação, foi verificada a viscosidade final da mistura por meio do Copo Ford nº 8, para garantir que a mesma fique dentro da faixa de viscosidade sugerida pelo fabricante.
Tabela 3 – Formulação final do adesivo fenol-formaldeído (FF).
PRODUTOS MEDIDAS (por partes)
Resina Fenol-formaldeído 100
Água 19
Farinha de Trigo (Extensor) 15
TOTAL 134
Teor de sólidos 49%
Teor da batida de Cola 35%
Fonte: Manual Técnico - MADEIRANIT Madeiras Ltda. (2014).
As lâminas utilizadas nos painéis tinham espessura de 1,5 mm, e foram selecionadas visualmente conforme classificação da Associação Brasileira da Indústria de Madeira Processada – ABIMCI, adotado pela empresa. Após seleção, as lâminas foram secas em prensa quente, com temperatura de 120 ºC, por 15 minutos, a pressão de 0,8 MPa, com o intuito de reduzir o teor de umidade das mesmas, de 12% para 6 à 8% de umidade, conforme recomendação do fabricante do adesivo. Após secagem, devido ao tamanho das prensas, as lâminas de madeira foram guilhotinadas em seções de 2440 mm x 1220 mm (largura x comprimento), para posterior confecção dos painéis.
A escolha das lâminas que iriam compor a capa, miolo e contra capa dos painéis, foi com base no teor de umidade apresentado por cada lâmina, cujas especificações estão apresentadas na Tabela 4.
Tabela 4 – Critério de aceitação para umidade da lâmina de madeira.
TEOR DE UMIDADE
DESTINAÇÃO COLAGEM FENÓLICA
Capa < 12%
Miolo Seco < 8%
Miolo Cola < 8%
Contra Capa < 12%
A aplicação de adesivo nas lâminas foi realizada por uma passadeira de cola do tipo rolo, adotando-se a gramatura da cola como sendo de 280 g/m², conforme especificação da empresa, para a espécie Amescla (Trattinnickia burserifolia (Mart.) Willd.) Esse valor foi adotado com base no tipo de madeira (classe 3, madeira tropical) e também com base na espessura da lâmina - espessura inferior a 2 mm (Tabela 5).
Chama-se atenção para a 1ª linha de cola, onde as tensões são maiores devido a umidade entre a 1ª e 2ª lâmina.
Tabela 5 – Especificações técnicas para escolha da gramatura do adesivo.
ESPESSURA DA LÂMINA (mm) GRAMATURA (g/m²) - Fenólica
CLASSE 1 CLASSE 2 CLASSE 3
< 2,0 >280 >280 >280
2,0 – 3,5 >320 >320 >310
>3,5 >370 >370 >360
Fonte: Manual Técnico - MADEIRANIT Madeiras Ltda. (2014)
A montagem dos painéis foi de acordo com suas especificidades técnicas, sendo o painel compensado montado com lâminas cruzadas (perpendiculares) e o painel LVL confeccionado com lâminas na mesma direção da grã (paralelas). O modo de aplicação do adesivo, em ambos os painéis apresenta-se na Figura 4.
Figura 4 – Esquema de aplicação do adesivo para os painéis compensados e LVL.
Após a montagem, os painéis foram primeiramente prensados a frio para assemblagem das lâminas do colchão e em seguida efetuou-se a prensagem a quente, conforme especificações técnicas dispostas na Tabela 6.
Tabela 6 – Especificações técnicas da prensagem.
COLAGEM FENÓLICA
Tempo de carregamento < 2,5 minutos
Temperatura: 125 a 150 °C
Pressão: Madeira tropical: 08 a 14 Kgf/cm² TEMPO DE PERMANÊNCIA
Para temperaturas < 140 °C 1,0 minuto/mm Para temperaturas > 140 °C: 0,8 minuto/mm
Fonte: Manual Técnico - MADEIRANIT Madeiras Ltda. (2014)
Para a pesquisa adotou-se a temperatura de 120 °C e o tempo de 10, 5 minutos, com base na espessura do painel (7 lâminas x 1,5 de espessura = 10,5 mm de espessura) e pressão real de 2,8 MPa.
Ao todo foram produzidos 6 (seis) painéis contendo 7 (sete) lâminas cada um, sendo 3 unidades de painéis compensados e 3 unidades de painéis LVL, com dimensões reais de 2440 x 10,5 x 1220 mm (largura x espessura x comprimento). Nesta pesquisa eles foram discriminados como painéis industriais (PI), pois foram confeccionados nos moldes adotados pela indústria.
Depois de prontos os painéis foram acondicionados por 72 horas para liberação das tensões e em seguida seccionados, passando para as dimensões nominais de 600 x 100,5 x 600 mm (largura x espessura x comprimento). Após seccionados, os painéis foram discriminados como painéis de pesquisa (PP), somente para diferenciar dos painéis anteriores, que tinham as dimensões maiores e que foram denominados inicialmente de painéis industriais (PI). Logo, o PP é o PI com dimensões menores.
Devido à presença de defeitos, nos painéis de pesquisa (PP), optou-se por fazer uma classificação visual dos mesmos, descartando-se os que apresentavam a maior quantidade de irregularidades. Ao final da classificação foram selecionados 4 painéis de pesquisa (PP) de 600 mm x 10,5 mm x 600 mm (largura x espessura x comprimento), para ambos tipos de chapas (compensado e LVL). Em seguida, retiraram os corpos de prova, conforme esquema apresentado nas Figuras 5 e 6.
Figura 5 – Esquema de retirada dos corpos de prova nos painéis compensados.
Onde:
1. As dimensões estão indicadas em metro;
2. A notação utilizada segue o formato “PCi Cj Tipo”, onde: “PC” indica o tipo do painel, ou seja, Painel Compensado; “i” indica o número do painel, que varia de 1 a 4; “C” significa corpo de prova; “j” indica o número do corpo de prova, que em geral varia de 1 a 4, mas em casos especiais, pode variar de 1 a 6; “Tipo” indica o tipo de ensaio previsto;
3. Os tipos de ensaios previstos foram: “TU”, Teor de umidade; “Mea”, Massa específica; “AA”, Absorção de água; “IR”, Inchamento e recuperação de espessura; “FE”, Flexão Estática - MOR (Módulo de ruptura) e MOE (Módulo de elasticidade); “QC”, Cisalhamento na linha de cola (Qualidade da Colagem).
Figura 6 – Esquema de retirada dos corpos de prova nos painéis LVLs.
Onde:
1. As dimensões estão indicadas em metro;
2. A notação utilizada segue o formato “PLi Cj Tipo”, onde: “PL” indica o tipo de painel, ou seja, Painel LVL; “i” indica o número do painel, que varia de 1 a 4; “C” significa corpo de prova; “j” indica o número do corpo de prova, que em geral varia de 1 a 4, mas em casos especiais, pode variar de 1 a 6; “Tipo” indica o tipo de ensaio previsto; 3. Os tipos de ensaios previstos foram: “TU”, Teor de umidade; “Mea”, Massa específica;
“AA”, Absorção de água; “IR”, Inchamento e recuperação de espessura; “FE”, Flexão Estática - MOR (Módulo de ruptura) e MOE (Módulo de elasticidade); “QC”, Cisalhamento na linha de cola (Qualidade da Colagem).
Após retirados, os corpos de prova foram climatizados a 65% de umidade e 20°C de temperatura, para posterior execução dos ensaios, conforme discriminado na Tabela 7.
