Encontro Nacional de Materiais e Estruturas Compósitas ECMEC2010 A. J. M. Ferreira (Editor) FEUP, Porto, 2010
WOOD-CORE PLASTIC:
A PRODUÇÃO DE BAIXO CUSTO DE ESTRUTURAS SANDWICH
COMO SUBSTITUTOS DO MDF
P. Cardoso*, N. C. Loureiro†‡ , J. L. Esteves†
* Aluno Finalista da Licenciatura em Engenharia Mecânica Instituto Superior Politécnico Gaya (ISPGaya) Av. dos descobrimentos, 333, 4400-103 V. N. Gaia, Portugal
e-mail: etc051715@ispgaya.pt
†
DesignStudioFEUP, Departamento de Engenharia Mecânica, Faculdade de Engenharia (DeMec - FEUP)
Universidade do Porto
Rua Dr. Roberto Frias s/n, 4200-465 Porto, Portugal e-mail: nuno.loureiro@fe.up.pt, jesteves@fe.up.pt
‡
Centro de Investigação e Desenvolvimento do ISPGaya (CID_ISPGaya) Instituto Superior e Politécnico de Gaya (ISPGaya)
Av. dos descobrimentos, 333, 4400-103 V. N. Gaia, Portugal e-mail: nloureiro@ispgaya.pt
Palavras - Chave: Materiais Compósitos, Caracterização Mecânica, MDF, GFW, WCP, Estruturas Sandwich, Madeira.
Resumo. Cada vez mais existe necessidade de cuidar do ambiente. O aumento do efeito
estufa provocado pelas elevadas concentrações de Dióxido de Carbono (CO2) origina que o
buraco na camada do ozono também se encontre a aumentar.
Uma das causas é a diminuição de espaços verdes resultante, em parte, pela utilização irracional dos recursos florestais. O aproveitamento dos resíduos de madeira para a produção de novos produtos tem sido bastante explorada, sendo um dos produtos mais conhecido o MDF (Medium-Density Fiberboard). No entanto a energia necessária para a produção do MDF é elevada contribuindo para o desequilíbrio energético global.
Numa parceria FEUP/INEGI foi desenvolvido o GFW (Glass Fibre Wood) com um núcleo de fibra de vidro/epoxy, em alternativa ao MDF folheado com camada exterior de madeira, que embora reduza os gastos de energia apresenta um custo associado às matérias-primas mais elevado.
Assim, e aliando a reciclabilidade de polímeros termoplásticos às suas boas características mecânicas, estão a ser desenvolvidos, numa parceria DesignStudioFEUP/ISPGaya estruturas sandwich com núcleo de termoplásticos (polietileno e polipropileno) e camada exterior de madeira.
Este novo produto WCP (WOOD CORE PLASTIC) alia o aspecto táctil e visual da madeira, a uma baixa necessidade energética de produção, bem como a uma maior utilização de termoplásticos reciclados, diminuindo assim as quantidades de produtos que anualmente encontram o fim-de-vida em aterros ou incineradoras.
Neste artigo iremos caracterizar mecanicamente o WPC, comparando-o com o MDF e o GFW.
Iremos também apresentar um estudo de impacto ambiental baseado no método proposto por Yarwood [5].
1 INTRODUÇÃO
Desde sempre o Homem foi ambicioso. Essa ambição levou à exploração dos recursos naturais que o rodeavam. Com a descoberta que o ambiente onde vive é seriamente afectado pelo seu comportamento, desenvolveu preocupações ambientais que o conduziram a necessidade da racionalização da utilização destes recursos.
Como forma de preservação e utilização racional da madeira e dos seus derivados o MDF surge naturalmente como um produto inovador. No entanto a sua produção acarreta gastos de energia que, actualmente, podem ser considerados elevados.
Por consequência, tentou-se produzir um novo material, também ecológico, mas que reduzisse a necessidade deste bem tão precioso. Surge o GFW (GLASS FIBRE WOOD). Esta tecnologia, desenvolvida na Universidade do Porto, combina as tecnologias de produção dos materiais compósitos com a madeira. Este material revelou-se um marco para a eco-produção, contudo bastante dispendioso, graças ao elevado custo necessário ao seu fabrico.
Aplicando o conhecimento obtido no desenvolvimento do GFW, uma parceria DesignStudioFEUP e ISPGAYA, centrou-se na elaboração de uma estrutura mais económica e ecológica, desenvolvendo uma estrutura sandwich que será descrita e caracterizada neste trabalho.
2 GLASS-FIBRE WOOD
O GFW é um compósito produzido por RTM (Resin Transfer Moulding).
Aproveitando o calor libertado pela reacção exotérmica de cura da resina epoxy, o Poliestireno amolece e liga-se à camada exterior através de ancoragem mecânica e ao núcleo (Rovicore/epoxy) por ligação química originando o laminado esquematizado na figura 1.
P. Cardoso, N. C. Loureiro
3 WOOD-CORE PLASTIC
O WCP é uma estrutura sandwich produzida por prensagem a quente. Esta estrutura é constituída
de madeira como demonstra a
A fixação da camada exterior de madeira ancoragem mecânica.
4 CARACTERIZAÇÃO MECÂN
Foi realizada a caracterização mecânica do MDF, GFW e do WCP (PP e PE), através de e
flexão segundo a norma ISO 14125 Os resultados obtidos encontram
Tabela 1 Material Máximo Deformação ε DP MDF 0,009 9,0 GFW 0,017 21,0 PE 1,352 73,0 PP 0,365 44,0
P. Cardoso, N. C. Loureiro and J. L. Esteves
Figura 1: Esquema do GFW[2] CORE PLASTIC
O WCP é uma estrutura sandwich produzida por prensagem a quente.
Esta estrutura é constituída por um núcleo de termoplástico com duas camadas exteriores como demonstra a figura 2.
Figura 2: Esquema do WCP
A fixação da camada exterior de madeira é feita do mesmo modo que no
CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA
ção mecânica do MDF, GFW e material constituinte do núcleo através de ensaios de tracção segundo a norma ISO 527
14125.
encontram-se expressos nos gráficos e tabelas seguintes.
1: Resultados Experimentais do Teste de Tracção
Máximo Rotura
Tensão Deformação Tensão (MPa) DP ε DP (MPa) 34,16 2,5 0,009 9,0 34,16 68,09 8,2 0,017 21,0 68,09 20,12 1,1 -- -- -- 31,72 2,57 -- -- --
por um núcleo de termoplástico com duas camadas exteriores
do mesmo modo que no GFW, por
constituinte do núcleo segundo a norma ISO 527 e de ensaios de
se expressos nos gráficos e tabelas seguintes.
Módulo de Young Tensão DP (MPa) DP 2,5 4556 5,2 8,2 5905 7,1 -- 809 2,8 -- 1128 2,3
Material
Estado Limite de Utilização Deformação ε DP1 MDF -- -- GFW 0,015 10,7 PE 0,080 4,0 PP 0,078 2,8 Tabela
1 DP - Desvio Padrão em percentagem
0 10 20 30 40 50 60 70 0 0,05 T e n s ã o [ M P a ] 0 20 40 60 80 100 0 0,02 T e n s ã o [ M P a ]
Figura 3: Ensaio de Tracção
Estado Limite de Utilização Rotura
Tensão Deformação Tensão (MPa) DP ε DP (MPa) DP
-- -- 0,014 5,3 68,00 4,3 65,67 6,8 0,037 11,9 88,84 4,2 14,88 5,8 -- -- -- -- 29,19 1,6 -- -- -- --
Tabela 2:Resultados Experimentais do Teste de Flexão
Figura 4: Ensaio de Flexão
Desvio Padrão em percentagem
0,1 0,15 0,2 0,25 Alongamento (ε) Ensaio de Tracção PP MDF 0,04 0,06 0,08 0,1 Alongamento(ε) Ensaio de Flexão PP MDF Modulo de Elasticidade (MPa) DP 6086 5,3 5617 5,9 529 7,0 879 6,4 0,25 0,3 PE GFW 0,12 0,14 PE GFW
P. Cardoso, N. C. Loureiro
O estado limite de utilização oferecendo, ainda, o material
instaladas. No caso do PP e do PE o estado limite de utilização corresponde ao valor de tensão máxima instalada no provete.
Não são apresentados os resultados para a caracterização mecânica do WCP em virtude do programa de ensaios experimentais ainda estar a decorrer.
5 ÍNDICE AMBIENTAL
Foi elaborado um índice ambiental segundo o método Este método centra a sua análise numa matriz que
desenvolvimento, produção e utilização dos produtos bem como o seu fim de vida e simultaneamente o impacto destas fases no ambiente. Esta
ambiental que quanto mais elevado for menor impacto o material produz.
Figura 6:Matriz DfE do N.D. – Não Definido – Não possuímos
6 CONCLUSÃO
Ambientalmente constata-se que o WCP materiais estudados.
Estas características devem
MDF
PCW
P. Cardoso, N. C. Loureiro and J. L. Esteves
O estado limite de utilização correspondente à fractura da camada exterior
o material resistência mecânica suficiente para suportar as cargas . No caso do PP e do PE o estado limite de utilização corresponde ao valor de tensão
Não são apresentados os resultados para a caracterização mecânica do WCP em virtude do programa de ensaios experimentais ainda estar a decorrer.
Foi elaborado um índice ambiental segundo o método proposto por Yarwood
entra a sua análise numa matriz que congrega as várias fases de desenvolvimento, produção e utilização dos produtos bem como o seu fim de vida e o destas fases no ambiente. Esta matriz determina um índice
levado for menor impacto o material produz.
Figura 5:Matriz do DfE de WCP
:Matriz DfE do MDF (Esquerda) e do GFW (direita)
Não possuímos dados suficientes para avaliar este parâmetro.
se que o WCP apresenta o melhor índice ambiental dos três Estas características devem-se ao facto de, essencialmente, não utilizarmos materiais
GFW PCW
a camada exterior de madeira resistência mecânica suficiente para suportar as cargas . No caso do PP e do PE o estado limite de utilização corresponde ao valor de tensão
Não são apresentados os resultados para a caracterização mecânica do WCP em virtude do
proposto por Yarwood [5].
as várias fases de desenvolvimento, produção e utilização dos produtos bem como o seu fim de vida e matriz determina um índice
dados suficientes para avaliar este parâmetro.
apresenta o melhor índice ambiental dos três não utilizarmos materiais
tóxicos na sua concepção, de os gastos energéticos serem significativamente mais baixos e de utilizarmos materiais reciclados.
Após análises dos valores obtidos podemos concluir que o GFW apresenta melhores propriedades mecânicas relativamente ao MDF. Isso é visível no aumento da capacidade de tracção.
Em termos gerais, com base nos dados já disponíveis, o WCP tende a mostrar-se como uma opção válida ao MDF e GFW em algumas aplicações, apresentando um menor impacto ambiental.
7 AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à empresa J.P. Leitão pela cedência do MDF e das folhas de madeira utilizadas.
8 REFERÊNCIAS
[1] N.C. Loureiro, J.L. Esteves, «Glass-Fibre Wood: The Composite Materials used to create a new
wood laminate», 8th Global WPC and Natural Fibre Composites Congress and Exhibition, Institute für
Werkstoffechnik, Estugarda, Alemanhã, 2010;
[2] N.C. Loureiro, J.L. Esteves, « Glass-Fibre Wood: The Composite Materials used in the reduction of
wood in the wood laminated industry», ECOWOOD’2008 – 3rd International Conferece on
Environmentally-compatible forest products – Universidade Fernando Pessoa, Porto, Portugal, 2008; [3] A.T. Marques; J. Figueiras; J.L. Esteves; L. Juvandes; A.Ferreira; C. Pereira; N.C. Loureiro; J. Chamon; J.D. Carreira; M. Botelho, «Materiais Compósitos para um mundo sustentável – Estado da
Arte e desafios», CLME’2008 – 5º Congresso Luso-Moçambicano de Engenharia, Maputo,
Moçambique, 2008;
[4] N.C. Loureiro, «Glass-fibre wood: Uma alternativa ao serviço do Eco-design de Equipamentos em
Madeira», Master in Industrial Design Thesis, University of Porto, Faculty of Engineering, 2007;
[5] M. Yarwood; P. Eagan, «Design for Environment-toolkit», Minnesota Office of Environmental Assistance, Minnesota, 2003;
