Dissertação Orlando Correção Final

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

COMPÓSITO REFORÇADO COM SISAL PARA APLICAÇÃO NA MODA

JOSÉ ORLANDO DE OLIVEIRA

NATAL-RN

2012



Dissertação de Mestrado apresentado ao Programa de Pós-

graduação em Engenharia Mecânica da Universidade

Federal do Rio Grande do Norte, como parte dos requisitos

para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia

Mecânica.

Orientador: Prof. Dr. Rasiah Ladchumananandasivan

NATAL-RN

2012



Dissertação de Mestrado apresentado ao Programa de Pós-

graduação em Engenharia Mecânica da Universidade

Federal do Rio Grande do Norte, como parte dos requisitos

para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia

Mecânica.

Aprovada em: 30 de março de 2012.

BANCA EXAMINADORA

___________________________________________________________ Prof. Dr. Rasiah Ladchumananandasivam (Orientador - Presidente)

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

__________________________________________________________ Prof. Dra. Maria Gorete Felipe (Examinadora interna ao programa)

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

___________________________________________________ Prof. Dr. Roberto Silva (Examinador externo)

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte

A inspiração

"Quando uma criatura humana desperta para um grande invento e sobre ele

lança toda a força de sua alma, todo o universo conspira a seu favor".

Goethe, filósofo alemão.

Aos meus pais, Luiz Cândido e Luiza Rodrigues (in memoriam), pelos

exemplos de fé, humildade e pelos esforços empreendidos em minha educação,

minhas irmãs Heloisa Oliveira e Maria da Conceição pelo incentivo, meu irmão

Francisco Antônio (in memoriam) e ao meu cãozinho Tchiquinho pela companhia

nos dias e noites deste trabalho.

AGRADECIMENTOS

Agradeço, primeiramente, a Deus cuja presença sentia a cada dia, na

realização desta dissertação, nos momentos de aflição, manifestando-se da maneira

mais sutil, como sinal de paz.

Ao prof. Dr. Rasiah Ladchumananandasivam pela orientação, apoio e

dedicação na elaboração deste trabalho.

Aos professores, funcionários e colegas do Departamento de Engenharia

Mecânica e Engenharia Têxtil, do Centro de Tecnologia da UFRN.

Aos colegas do Laboratório de Engenharia Têxtil, Dany Kramer, Brismark e

em especial, a Alcione Galvão, pela paciência e dedicação no desenvolvimento

deste trabalho.

Aos meus amigos Umberto Oliveira, Saymon Betwel, Sebastião Dantas,

Danillo Fox, Nilda de Oliveira, Virginia Galvão, Jolúzia Batista, Maria José Emilio,

Marcos Lurentino, Leila Lurentino e Angélica Timbó, pela colaboração no

desenvolvimento deste trabalho.

Ao senhor Francisco de Assis Bráz, do Laboratório de Material de Construção

da UFRN pela pesagem das fibras.

Ao Centro de Tecnologias do Gás-RN, pela realização dos Ensaios de

Microscopia Eletrônica de Varredura.

Ao Laboratório de Metais e Ensaios Mecânicos da UFRN, pela realização dos

Ensaios Mecânicos.

Ao Sr. Luciano Arruda Câmara, diretor da empresa TEC ARTE, pelo corte das

amostras do compósito.

À todos aqueles que direta ou indiretamente contribuíram para a elaboração

deste trabalho, meus sinceros agradecimentos.

RESUMO

A busca por novas tecnologias ecologicamente corretas tem se tornado uma grande

preocupação nas últimas décadas. Estudos comprovam que compósitos poliméricos

reforçados por fibras naturais são adequadas a um grande número de aplicações e

seu uso é vantajoso em termos econômicos e ecológicos. O objetivo desta pesquisa

é a fabricação de um compósito reforçado com fibra de sisal tingida e matriz de

poliéster para aplicação na moda: vestuário, têxteis lar, acessórios de moda etc.

Para o seu beneficiamento, as fibras de sisal foram submetidas aos diversos

processos: tratamento químico com hidróxido de sódio (NaOH) na retirada das

impurezas; alvejamento para remoção da cor amarelada natural da fibra e tingimento

com corantes diretos para conferir as cores azul, verde e alaranjado. As fibras

tingidas foram cortadas com comprimento de 30 mm e utilizadas na confecção das

mantas. Para isso utilizou-se um preparador de manta por imersão, desenvolvido no

Laboratório de Químico Têxtil da UFRN. Os compósitos medindo 300 x 300 x 3 mm

foram moldados por compressão, com poliéster insaturado ortoftálico como matriz, e

as amostras nos tamanhos 150 x25 x3 mm foram cortadas com auxílio de uma

máquina à laser, para serem submetidas à análise mecânica de tração e flexão. As

propriedades mecânicas de tração e flexão em três pontos foram realizadas no

Laboratório de Metais e Ensaios Mecânicos de Engenharia de Materiais da UFRN.

As amostras resultantes das propriedades mecânicas foram avaliadas no

Microscopio Eletronico de Varredura (MEV) no CTGás RN. Com base nas análises

dos resultados dos ensaios mecânicos, observou-se que os compositos tiveram bom

comportamento mecânico, tanto na tração como na flexão. Também observou-se

que no ensaio de absorção de água, as amostras tiveram um percentual diferente

entre si, isso ocorreu devido à variação da densidade encontrada nas mantas. As

imagens do MEV mostraram as falhas provenientes do processo de fabricação e a

adesão fibra/matriz. Quando foram preparadas as amostras com as fibras tingidas

para serem aplicadas na moda, os resultados foram positivos e pode-se concluir que

o objetivo principal do presente trabalho foi atingido.

Palavras-chave: Compósito. Fibra de sisal. Resina de poliéster. Tingimento. Moda.

ABSTRACT

The objective of this research is the fabrication of a composite reinforced with dyed

sisal fiber and polyester matrix for application in the fields such as, fashion, clothing,

interior textiles; fashion accessories are some of the examples. For the fabrication of

the composite, the sisal fibers were subjected to processes such as: chemical

treatment with sodium hydroxide (NaOH) in the removal of impurities; bleaching for

removing the yellowish color of the natural fiber and dyeing with direct dyes to confer

the colors blue, green and orange. The search for new technologies ecologically

correct has become a major concern in recent decades. Studies show that composite

polymer reinforced by natural fibers is suitable for a large number of applications, and

its use is advantageous in terms of economic and ecological. The dyed fibers were

cut to a length of 30 mm, is used in the confection of webs. For this purpose, a web

preparer by immersion, developed in the Laboratory of Chemical Textile of UFRN.

The composite sheets measuring 300 x 300 x3 mm were molded by compression,

with unsaturated orthophthalic polyester as matrix, and the samples in sizes 150 x 25

x 3 mm were cut with the aid of a laser machine, to be subjected to traction and

flexion. The mechanical properties of traction and flexion in three points were

performed in the Laboratory of metal and mechanical tests of Materials Engineering

of UFRN. The resulting samples from the tests were evaluated in scanning electron

microscope (SEM) at CTGas RN. On the basis of the analysis of the results from the

mechanical tests, it was observed that the composite had good mechanical behavior,

both in traction as in flexion. Furthermore, it was observed that in the water

absorption test, the samples had a different percentage among themselves, this

occurred due to the variation of density found in the fibre webs. The images of the

SEM showed the failures from the manufacturing process and the adhesion of

fibre/matrix. When the samples were prepared with the dyed fibers to be applied in

fashion, the results were positive, and it can be concluded that the main objective of

this work was achieved.

Keywords: Composite. Sisal fibre. Polyester Resin. Dyeing. Fashion.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 Classificação das fibras têxteis................................................... 17

Quadro 1 Características e propriedades da fibra de sisal......................... 19

Fotografia 1 Plantação de sisal....................................................................... 19

Fotografia 2 Secagem da fibra de sisal........................................................... 20

Quadro 2 Municípios do Rio Grande do Norte produtores de sisal em 2002 21

Quadro 3 Tipos de corantes e seus campos de aplicação.......................... 22

Quadro 4 Propriedades da resina de poliéster............................................ 25

Fluxograma 1 Esquema de classificação para vários tipos de compósitos........ 26

Quadro 5 Propriedades físicas e mecânicas de fibras vegetais mais

utilizadas.....................................................................................

28

Fotografia 3 Fibra desfibrada.......................................................................... 29

Fotografia 4 Fibra depois do tratamento químico............................................ 30

Fotografia 5 Fibras de sisal após o alvejamento............................................. 31

Fotografia 6 Banho maria................................................................................ 32

Fotografia 7 Fibras tingidas............................................................................. 32

Fotografia 8 Suporte de vidro.......................................................................... 33

Fotografia 9 Peça de tecnil.............................................................................. 33

Fotografia 10 Distribuição das fibras................................................................. 34

Fotografia 11 Fibras submersas........................................................................ 34

Fotografia 12 Manta........................................................................................... 34

Fotografia 13 Molde de madeira........................................................................ 35

Fotografia 14 Adição da resina.......................................................................... 36

Fotografia 15 Adição da fibra............................................................................ 36

Fotografia 16 Compósito presando................................................................... 36

Fotografia 17 Compósito................................................................................... 37

Figura 2 Marcações no formato de coqueiro............................................. 37

Figura 3 Marcações no formato de flor...................................................... 38

Figura 4 Figura 2 – Marcações no formato de pássaro............................. 38

Figura 5 Marcações das amostras para os ensaios mecânicos................ 38

Fotografia 18 Amostras do formato de coqueiro............................................... 39

Fotografia 19 Amostras do formato de flor ....................................................... 39

Fotografia 20 Amostras do formato de pássaro ............................................... 39

Fotografia 21 Máquina de ensaios mecânicos.................................................. 40

Figura 6 Representação do ensaio de flexão............................................ 41

Fotografia 22 Amostras do ensaio de flexão...................................................... 42

Fotografia 23 Amostras do ensaio de absorção submersas.............................. 42

Fotografia 24 Equipamento para realização do MEV........................................ 43

Gráfico 1 Média do percentual de absorção de água dos compósitos........ 44

Gráfico 2 Curva da tensão x deformação do ensaio de tração compósito azul..............................................................................................

45

Gráfico 3 Curva da tensão x deformação do ensaio de tração compósito verde............................................................................................

45

Gráfico 4 Curva da tensão x deformação do ensaio de tração compósito alaranjado....................................................................................

46

Quadro 6 Propriedades mecânicas a tração............................................... 46

Gráfico 5 Curva da tensão x deformação do ensaio de flexão compósito azul..............................................................................................

47

Gráfico 6 Curva da tensão x deformação do ensaio de flexão compósito verde............................................................................................

48

Gráfico 7 Curva da tensão x deformação do ensaio de flexão compósito alaranjado....................................................................................

48

Quadro 7 Propriedades mecânicas a flexão................................................ 49

Imagem 1 Imagem 1 – Superfície da Amostra SPA..................................... 50

Imagem 2 Imagem 1 – Superfície da Amostra SPV..................................... 51

Imagem 3 Imagem 1 – Superfície da Amostra SPL...................................... 51

Imagem 4 Cisalhamento da amostra SPA.................................................... 52

Imagem 5 Desaderência da Amostra SPV................................................... 52

Imagem 6 Desaderência da Amostra SPL................................................... 53

Imagem 7 Fibra de sisal 53

Imagem 8 Aderência da Amostra SPL. 54

Imagem 9 Arranque da fibra de sisal 54

Fotografia 25 Acessório de cabelo 55

Fotografia 26 Aplique em cabelo 56

Fotografia 27 Aplique em calçado. 56

Fotografia 28 Acessório 57

Fotografia 29 Aplique em chapéu. 57

LISTA DE EQUAÇÕES

Eq. 1 Resistência à flexão...................................................................... 42

Eq. 2 Deformação máxima à flexão........................................................ 42

Eq. 3 Módulo de elasticidade à flexão.................................................... 42

Eq. 4 Absorção de água......................................................................... 42

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

Aa Absorção de água

ASTM American Society for Testing and Materials

EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

SPA Sisal/poliéster azul

SPL Sisal/poliéster alaranjado

SPV Sisal/poliéster verde

MEV Microscópio eletrônico de varredura

Absorção de água

Peso do corpo de prova úmido

Peso do corpo de prova seco

Tensão de Flexão (Mpa)

Carga máxima aplicada (N)

Distância entre os apoios (mm)

Largura do corpo de prova (mm)

Espessura do corpo de prova (mm)

Deformação máxima à flexão (%)

Deflexão no centro do corpo de prova (mm)

Módulo de elasticidade à flexão (Mpa)

Inclinação do trecho linear da curva tensão x deflexão, (N/mm)

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO.......................................................................................... 14

2. OBJETIVOS............................................................................................. 16

2.1 OBJETIVOS GERAIS............................................................................... 16

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.................................................................... 16

3 REFERENCIAL TEÓRICO .................................................................... 17

3.1 FIBRAS TÊXTEIS ..................................................................................

3.2 FIBRAS VEGETAIS................................................................................ 17

3.3 FIBRA DE SISAL ................................................................................... 18

3.3.1 Plantio e colheita.................................................................................. 18

3.3.2 Obtenção das fibras............................................................................. 19

3.3.3 Produção no Brasil............................................................................... 20

3.3.4 Produção no Rio Grande do Norte...................................................... 21

3.4 TINGIMENTO......................................................................................... 22

3.4.1 Tingimento de Fibras Celulósicas com Corantes Diretos................. 23

3.4.2 Tipos de Corantes Diretos.................................................................... 23

3.5 MATRIZES POLIMÉRICAS..................................................................... 20

3.5.1 Poliéster................................................................................................ 21

3.6 COMPÓSITOS POLIMÉRICOS............................................................. 22

3.6.1 Compósitos poliméricos reforçados por fibras naturais................... 23

3.7 MODA....................................................................................................... 24

4. MATERIAIS E MÉTODOS..................................................................... 26

4.1 BENEFICIAMENTO DAS FIBRAS DE SISAL......................................... 26

4.1.1 Tratamento químico............................................................................ 26

4.1.2 Alvejamento........................................................................................... 27

4.1.3 Tingimento............................................................................................. 28

4.2 PREPARAÇÃO DAS MANTAS............................................................... 29

4.3 FABRICAÇÃO DO COMPÓSITO........................................................... 32

4.4 ENSAIOS MECÂNICOS......................................................................... 37

4.4.1 Ensaio de Tração.................................................................................. 37

4.4.2 Ensaio de Flexão em três pontos....................................................... 38

4.5 ENSAIO DE ABSORÇÃO....................................................................... 39

4.6 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA................................. 41

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES........................................................... 42

5.1 ABSORÇÃO DE ÁGUA.......................................................................... 42

5.2 ENSAIO DE TRAÇÃO............................................................................ 43

5.3 ENSAIO DE FLEXÃO EM TRÊS PONTOS............................................ 45

5.4 ANÁLISE DAS IMAGENS DO MEV........................................................ 46

5.5 APLICAÇÃO DO COMPÓSITO NO VESTUÁRIO.................................. 51

6 CONCLUSÕES....................................................................................... 52

7 SUGESTÕES.......................................................................................... 54

REFERÊNCIAS....................................................................................... 55

14

1 INTRODUÇÃO

A investigação de tecnologias ecologicamente corretas tem se tornado uma

grande preocupação nas últimas décadas. Estudos evidenciam que compósitos

poliméricos reforçados por fibras vegetais tais como juta, sisal, abacaxi, curauá e

cânhamo, entre outras, são adequadas a um grande número de aplicações e seu

uso é vantajoso em termos econômicos e ecológicos.

Os materiais compósitos são formados por uma matriz e uma ou mais fases

dispersas, possuindo propriedades que não são obtidas pelos materiais constituintes

matriz e a fase dispersa, separadamente (MENDONÇA, 2005). As propriedades dos

compósitos são influenciadas pela constituição, distribuição e interação entre as

matérias-primas, bem como pela orientação das fibras. Desta maneira, variando-se a

quantidade ou percentual das matérias-primas constituintes ou a orientação das

fibras pode-se alcançar a resistência e a rigidez desejada para um determinado

compósito.

A utilização de fibras vegetais em produtos comerciais contribui para gerar

riqueza e reduzir o impacto ambiental causado pela produção e descarte de bens de

consumo já que são materiais abundantes de fontes renováveis e colaboram para o

melhor aproveitamento do potencial agrícola brasileiro.

O sisal é uma fibra ligno-celulósica leve e atóxica, que apresenta alto módulo

e resistência específica, custa aproximadamente dez vezes menos que a fibra de

vidro, e, ao contrário desta fibra inorgânica, causa menos danos por abrasão aos

equipamentos e moldes. Entre as principais vantagens do sisal podemos citar a

facilidade de modificação superficial, característica das fibras vegetais, sua

abundância no Brasil, facilidade de cultivo, o fato de ser um material biodegradável

que provem de fonte renovável, além de apresentar boas propriedades como

isolante térmico e acústico (FROLLINI, 2004). Estes fatores, ligados à alta

tenacidade, resistência à abrasão e ao baixo custo, tornam o sisal uma das mais

estudadas fibras naturais.

Poliéster é uma classe de materiais obtidos por meio de uma reação de

condensação entre um poliálcool e um ácido policarboxílico. Dependendo de sua

formulação, ausência ou presença de duplas ligações entre os átomos de carbono

(insaturações) que formam sua cadeia molecular, podem ser classificados como

saturados e insaturados. Os poliésteres saturados geram polímeros termoplásticos

15

enquanto os insaturados sofrem reações de cura e geram resinas termofixas

(RODRIGUES, 2007).

Para criar algo novo é fundamental utilizar elementos de universos diferentes

e é justamente essa soma aliada ao rigor técnico que faz com que as criações feitas

com compósitos reforçado com fibras vegetais descontinuas e aleatório possam ser

aplicadas na moda.

16

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Fabricação de compósito polimérico, reforçado por fibras de sisal tingidas,

para aplicação na moda.

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

1. Tratar quimicamente as fibras de sisal, alvejando e tingindo;

2. Fabricar mantas de sisal tinto;

3. Fabricar o compósito;

4. Realizar ensaios mecânicos;

5. Realizar ensaio de absorção de água;

6. Analisar as imagens do microscópio eletrônico de varredura;

7. Estudar a aplicabilidade dos compósitos com reforço de sisal na moda.

17

3 REFERENCIAL TEÓRICO

3.1 FIBRAS TÊXTEIS

As fibras têxteis são caracterizadas pela sua flexibilidade, finura e grande

comprimento em relação à sua dimensão transversal máxima, o que as tornam,

apropriadas para aplicações têxteis. Estas aplicações realizam-se através de

operações de transformação industrial, tais como: cardagem, penteagem, fiação,

tecelagem, malharia, etc.

As fibras podem ser descontínuas e contínuas. As descontínuas têm

comprimento limitado a alguns centímetros. As contínuas têm um comprimento muito

grande e é limitado apenas por razões técnicas (LADCHUMANANANDASIVAM,

2005).

As fibras têxteis são classificadas em naturais e manufaturadas (figura 1). As

fibras manufaturadas são subdividas em polímeros naturais e polímeros sintéticos.

As fibras naturais são classificadas em vegetais (compostas basicamente por

celulose), animais (compostas por proteínas) e minerais (retiradas de certos tipos de

rochas).

Figura 1 - Classificação das fibras têxteis.

Fonte: LADCHUMANANANDSIVAM, 2005.

18

3.2 FIBRAS VEGETAIS

As fibras vegetais são classificadas de acordo com a sua origem e podem

ser de semente, caule e folhas. Este tipo de fibra é tradicionalmente utilizada para a

produção de fios, cordas, sacarias, mantas, tapetes, artefatos de decoração etc. Os

materiais compósitos estruturais aparecem como importante campo para utilização

destas fibras como reforço em matrizes poliméricas termorrígidas ou termoplásticas

em substituição às fibras sintéticas (TAVARES, 2008).

A abundância, o baixo impacto ambiental e a presença de boas propriedades

mecânicas, físicas e térmicas são características importantes das fibras naturais,

despertando assim, o interesse de aplicação das indústrias em diversas áreas.

Os principais componentes da fibra são a celulose, a lignina e a hemicelulose.

A lignina atua como o material de cimentação, unindo as microfibrilas e a

hemicelulose como interface entre a microfibrila de celulose e a lignina (RIBEIRO,

2011).

Devido às ligações de hidrogênio, as fibras vegetais são de natureza hidrófila.

Este é o maior problema das fibras vegetais quando usadas como reforço em

compósitos poliméricos, pois são incompatíveis com a maioria dos polímeros que

são hidrofóbicos. Sua natureza hidrófila influência as propriedades mecânicas e

físicas das fibras e conseqüentemente dos compósitos que as utilizam (D’ALMEIDA;

CALDO; BARRETO, 2005).

3.3 FIBRA DE SISAL

O sisal é uma fibra vegetal de folha, extraídas da planta Agave Sisalana. O

sisal hoje substitui alguns produtos que eram obtidos a partir do cânhamo. Ele só

alcançou importância comercial no início do século XIX. Sua origem e seu campo

econômico foi no México, na península de Iucatã, onde o embarque era feito no

Porto de Sisal, o que dizem, originou o nome da fibra, pelo qual é hoje conhecida

(LADCHUMANANANDSIVAM, 2005). O quadro 1, a seguir, lista as características e

propriedades da fibra de sisal.

19

Quadro 1 - Características e propriedades da fibra de sisal

Comprimento Fibras elementares 2,5 a 3,0 mm; fibras técnicas 60 a 120 mm

Densidade 1,5 g/cm3 Regain 14 %;

Resistencia 17 a 20 kN Brilho Ótimo Toque Duro Cor Branca creme até quase amarela Pureza Ótima

Tingibilidade Ótima Fonte: LADCHUMANANANDSIVAM, 2005.

3.3.1 Plantio e colheita

O sisal é uma planta própria para cultivo em climas tropical e subtropical.

Após o plantio, o sisal só estará pronto para a colheita após 5 a 6 anos. Para isto,

cortam-se as folhas mais por baixo de forma que restem de 12 a 18 folhas por planta

e o corte poderá ser feito várias vezes ao ano (LADCHUMANANANDSIVAM, 2005). As folhas possuem de 1,0 a 1,5 m de comprimento e as fibras estão no cerne

da folha, que contêm de 3 a 5 % de fibras. Cada folha pesa cerca de 1 kg.

Dependendo do solo a planta pode durar até 25 anos. A fotografia 1 mostra uma

plantação de sisal.

Fotografia 1 - Plantação de sisal

Fonte: EMBRAPA, 2011.

20

3.3.2 Obtenção das fibras

Para a obtenção das fibras, descarnam-se as folhas, de preferência logo após

o corte, pois a armazenagem provoca rápida putrefação, prejudicando a qualidade

das fibras, principalmente seu brilho e resistência.

Os processos de descarnar, esmagar e raspar o cerne da folha para destacar

as fibras é feito mecanicamente no raspador, com a ajuda de um jato de água. As

fibras são secas ao ar livre (fotografia 2) e após a secagem é feita uma outra

limpeza, mecanicamente com escovas para deixar as fibras aptas para o processo

de fiação.

Fotografia 2 - Secagem da fibra de sisal

Fonte: EMBRAPA, 2011

3.3.3 Produção no Brasil

No Brasil, os principais produtores são os estados da Paraíba e da Bahia.

Esta fibra está entre as fibras vegetais mais utilizadas mundialmente. Sua difusão

pelo Brasil ocorreu aproximadamente na década de 20, inicialmente no estado da

Paraíba e somente no final da década de 30 foi difundido pela Bahia. Atualmente o

Brasil é o maior produtor de sisal do mundo e a Bahia é responsável por 80% da

produção da fibra nacional (VIEIRA, 2008).

Entre 1965 e 1974, o Brasil produzia mais de 200 mil toneladas/ano de sisal.

Nas décadas de 1980 e 1990 houve um declínio na produção, reduzindo-se a

patamares inferiores a 150 mil toneladas/ano. No final da década de 1990, no

entanto, a produção passou a apresentar sinais de recuperação, chegando a 194 mil

21

no ano de 2000, segundo dados do IBGE. No ano de 2003, a produção brasileira

atingiu mais de 170 mil toneladas. Os principais produtores brasileiros, atualmente,

são a Bahia (95,65%), a Paraíba (3,35%) e Rio Grande do Norte (0,73%)

3.3.4 Produção no Rio Grande do Norte

Segundo dados do IBGE, a produção atual do Estado é registrada somente

nos municípios de Coronel Ezequiel, Jaçanã, João Câmara, Monte das Gameleiras e

Pureza. Estes municípios, juntos, produziram no ano de 2002, um total de 2.787

toneladas de fibra, ocupando a terceira posição no ranking brasileiro de produtores

de sisal. O maior produtor de sisal do Estado, segundo dados do IBGE, é o

município de João Câmara, com 3.000 hectares de área plantada e uma produção

de 2.100 toneladas, o correspondente a 75,3% de toda a produção estadual. Essa

produção gera uma receita total de aproximadamente R$1,5 milhão (Quadro 2).

Quadro 2 - Municípios do Rio Grande do Norte produtores de sisal em 2002

Município Quantidade Produzida (toneladas de fibra)

Valor da Produção (mil

Reais)

Área Plantada (hectare)

Área Colhida (hectare)

Coronel Ezequiel 380 133 950 950

Jaçanã 146 51 365 365

João Câmara 2.100 1.218 3.000 3.000

Monte das Gameleiras 152 3 30 30

Pureza 9 88 235 235

Total 2.787 1.493 4.580 4.580

Fonte: IBGE, 2002.

22

3.4 TINGIMENTO

O tingimento é executado para conferir cor aos fios ou tecidos e aumentar o

valor do produto. Os materiais têxteis são tingidos usando uma ampla gama de

corantes, técnicas e equipamentos. Os corantes usados pela indústria têxtil são em

grande parte sintéticos, tipicamente derivados do alcatrão e derivados do petróleo. O

quadro 3 apresenta os tipos de corantes e seus campos de aplicação (MACEDO,

2002).

Quadro 3 - Tipos de corantes e seus campos de aplicação

Corantes Fibra

Proteica

Fibra

Celulósica

Fibra

Acetato

Triacetato

Fibra

Poliamida

Fibra

Poliéster

Fibra

Acrílica

Ácido X X

Azóico X X X X

Básico X

À tina X X

Direto X X X

Disperso X X X X

Pigmento X X X X X X

Reativo X X X

Sulfuroso X

Fonte: MALUF, 2003.

A adsorção e retenção do corante na fibra pode ser química, física ou ambas,

dependendo da fibra e do corante. Ex.: algodão, corantes reativos, poliéster,

corantes dispersos.

O grau de adsorção é função de vários fatores, tais como, temperatura, pH,

auxiliares químicos e tempo. É muito importante o uso dos auxiliares químicos

adequados para cada classe de corante.

23

3.4.1 Tingimento de fibras celulósicas com corantes diretos

A maioria dos corantes diretos é constituída de compostos azóicos

sulfonados, muito semelhantes aos corantes ácidos, porém, em geral com cadeias

mais longas. Dada essa semelhança, alguns corantes diretos tingem também a lã,

seda e poliamida. Os corantes de cor turquesa são derivados de ftalocianina

(COSTA, 1990)

Um corante direto para ser substantivo para com a celulose deve atender aos

requisitos:

• Linearidade - O corante deve situar-se paralelamente à celulose para

poder estabelecer as ligações por pontes de Hidrogênio. Para isso precisa

ter uma estrutura linear;

• Coplanaridade - Pelo mesmo motivo deve estar inteiramente no mesmo

plano;

• Pontes de Hidrogênio;

• O corante deve ter grupos químicos que possibilitem as ligações por

pontes de Hidrogênio. Tais grupos podem ser amínicos, fenólicos, azóicos

ou amídicos;

• Sistemas conjugados de duplas ligações (grupos azo) - Estes sistemas

favorecem a linearidade e coplanaridade;

• Grupos solubilizantes - são grupos sulfônicos localizados em posição

oposta aos grupos que fazem as pontes de hidrogênio.

3.4.2 Tipos de Corantes Diretos

Corantes diretos comuns - Têm piores solidezes a luz e_aos tratamentos

úmidos. Mesmo, após tratamentos posteriores, em geral, não há grande melhora da

solidez. O Preto Direto 22 é uma exceção: as suas solidezes são bastante boas

quando o tingimento é tratado com Formaldeído ou com fixadores contendo sais de

cobre.

Corantes sólidos à luz - Têm bons níveis de solidez a luz e com mediana

solidez úmida. Esta última é melhorada com um tratamento posterior com um

24

fixador, embora, fixadores para corantes diretos, em geral, provocam piora de

solidez à luz.

Corantes tratáveis com fixadores contendo cobre - são corantes que

alcançam bons níveis de solidez a luz e aos tratamentos úmidos, quando sofrem um

tratamento posterior com fixadores contendo sais de cobre. Em geral, constituem

uma seleção dos corantes sólidos à luz.

Corantes tratáveis com Sulfato de Cobre/ Ácido Acético - corantes que

alcançam excelentes solidezes à luz e úmidas quando submetidos a tratamentos

posteriores com Sulfato de cobre + ácido acético ou com fixadores contendo sais de

cobre.

Corantes diazotáveis - corantes cujas solidezes são muito melhoradas

quando submetidos posteriormente a uma diazotação com Ácido Clorídrico e Nitrito

de sódio e, em seguida, um desenvolvimento com Meta Toluilene Diamina ou b-

Naphtol.

Novos corantes diretos: há no mercado uma nova geração de corantes

substantivos apresentando excelentes valores de solidez após um tratamento com

um fixador reatante. São isentos de metais e colorem muito pouco os efluentes,

atendendo as atuais exigências ecológicas.

3.5 MATRIZES POLIMÉRICAS

Há dois tipos de matrizes poliméricos que são nomeados como termofixos e

termoplásticos. A principal diferença entre cada um está no comportamento destes

materiais quando aquecidos, ou seja, os termoplásticos são polímeros capazes de

serem moldados várias vezes devido às suas características de se tornarem fluídos

quando aquecidos a uma determinada temperatura e depois se solidificarem quando

há um decréscimo desta temperatura (RODRIGUES, 2007). Por outro lado, os

termorrígidos não são capazes de se tornarem fluídos, pois durante o processo de

cura que é normalmente exotérmico, sofre reações químicas irreversíveis, com a

25

formação de uma grande quantidade de ligações cruzadas (ligações covalentes)

entre as cadeias macromoleculares, tornando-se rígido, infusível e insolúvel.

Na atualidade, os polímeros termorrígidos (resinas) têm sido empregados

para uso estrutural em materiais compósitos por apresentarem algumas vantagens

em relação aos termoplásticos, tais como resistência à fluência e à deformação sob

carregamento, alta estabilidade dimensional, boas propriedades de isolamento

térmico e elétrico e elevada rigidez (OLIVEIRA, 2007).

3.5.1 Poliéster

Poliéster é uma categoria de materiais obtidos geralmente por meio de uma

reação de condensação entre um poli álcool e um acido poli carboxílico. Os

poliésteres estão entre os mais versáteis polímeros sintéticos conhecidos, pois

podem ser encontrados comercialmente como fibras, plásticos, filmes e resinas

(MENDONÇA, 2005).

As resinas de poliéster são utilizadas na fabricação de peças moldadas, com

ou sem fibra de vidro, tais como: piscinas, barcos, banheiras, tanques, telhas,

domos, botões, bijuterias, assentos sanitários, móveis para jardim, massa plástica,

mármore sintético, etc. Elas fazem parte de uma família diferente e complexa de

resinas sintéticas, que são obtidas com uma grande variedade de matérias primas

como base . O processo de cura da resina poliéster é iniciado pela adição de uma

pequena porção de catalisador, como um peróxido orgânico ou um compósito

alifático. A cura pode se dar tanto em temperatura ambiente, quanto sob

temperatura elevada e com ou sem aplicação de pressão (MENDONÇA, 2005).

As resinas de poliéster possuem uma gama de propriedades, caracterizando-

a como a mais polivalente entre todas as resinas termofixas, quanto às suas

aplicações. O quadro 4 mostra algumas propriedade da resina de poliéster.

Quadro 4 - Propriedades da resina de poliéster.

Propriedades Valor

Densidade 1100 a 1400 kg/m³

Módulo de Elasticidade 2100 a 4400 MPa

Resistencia a tração 34 a 100 MPa

Alongamento 2%

Fonte: SANTIAGO et al., 2010

26

3.6 COMPÓSITOS POLIMÉRICOS

Os materiais compósitos estão associados, em muitos casos, à tecnologia

de ponta, como componentes utilizados em satélite, aeronaves, implantes

ortopédicos, veículos de Fórmula 1, entre outros. O compósito é uma classe de

materiais heterogêneos, tanto em escala microscópica quanto em escala

macroscópica, multifásicos, resultantes de uma combinação racional, onde os

componentes descontínuos dão a principal resistência ao esforço e os contínuos são

o meio de transferência desse esforço, que por sua vez, denomina-se de

componente matriz (MOTA, 2009).

Os materiais compósitos podem ser classificados em três grupos principais:

os compósitos particulados, fibrosos e os estruturais. O fluxograma 1, demonstra a

classificação dos compósitos.

Fluxograma 1 - Esquema de classificação para vários tipos de compósitos.

Fonte: SANTOS, 2006.

Os materiais compósitos são constituídos por duas fases: a primeira

denominada matriz, que é o constituinte contínuo e a segunda denominada reforço,

que é fase descontínua ou dispersa. As propriedades dos compósitos são em função

das características das fases constituintes, de suas quantidades relativas e da

geometria da fase dispersa. A fase matriz serve: para unir as fibras umas as outras;

atuar no meio através do qual uma tensão aplicada externamente é transmitida e

27

distribuída para as fibras; manter a integridade estrutural do material através da

ligação simultânea com a fase dispersa em virtude de suas características coesivas

e adesivas; proteger as fibras individuais contra danos superficiais em decorrência

da abrasão mecânica ou de reações químicas com o ambiente.

As propriedades dos compósitos dependem de alguns fatores básicos, tais

como:

• Razão de aspecto (relação entre a maior e a menor dimensão de

corpo);

• Porosidade da carga;

• Propriedades dos componentes individuais;

• Grau de adesão entre as fases;

• Grau de mistura entre os componentes.

3.6.1 Compósitos poliméricos reforçados por fibras naturais

A possibilidade de substituição das fibras sintéticas por fibras vegetais torna-

se bastante importante, pelo fato destas fibras serem de uma fonte renovável,

biodegradável e de baixo custo e por gerando um menor impacto ambiental

(MATTOSO et al, 1997).

Nos últimos anos vêm crescendo o uso de fibras vegetais como reforço em

compósitos poliméricos com a finalidade de substituir total ou parcialmente as fibras

sintéticas. Devido as vantagens que as fibras vegetais apresentam como: baixo

custo, baixa densidade, boa resistência mecânica, baixa abrasividade aos

equipamentos de processo e também por serem provenientes de fontes renováveis

de matéria-prima, disponíveis em todo o mundo. Além disto, as fibras vegetais são

biodegradáveis e não são toxicas ou poluentes, de modo que o seu descarte não

acarreta problemas ambientais (AQUINO et al, 2007).

As principais desvantagens no emprego dessas fibras em compósitos

poliméricos estão relacionadas à natureza polar e hidrofílica bem como a

susceptibilidade destas fibras a ataques de fungos e bactérias. A natureza hidrofílica

das fibras vegetais resulta na adsorção de grande parte dos polímeros em sua

superfície, resultando em uma fraca adesão interfacial polímero-fibra (MARROQUIM,

28

1994). O quadro 5 mostra as propriedades físicas e mecânicas de fibras vegetais

mais utilizadas.

Quadro 5 - Propriedades físicas e mecânicas de fibras vegetais mais utilizadas.

Fibras Massa

Específica Real (Kg/m³)

Absorção Máxima (%)

Resistência à tração (MPa)

Módulo de Elasticidade (GPa)

Coco 1177 93.8 95 a 118 2.8

Sisal 1370 110 347 a 378 15.2

Juta 1500 214 240 a 550 17.4 a 32

Fonte: SAVASTANO et al., 1997.

3.7 MODA

A moda pode ser definida como a tendência do consumo num dado período.

Pode-se dizer que a moda começa a tomar forma quando os homens passam a se

cobrir com peles de animais.

A moda é sobretudo um modo de se expressar. Uma mistura de estilos sob

influencias da época, local e sociedade formam a chamada moda: rapidamente

mutável há décadas acompanhando roupas, cabelos, maquilagem e diferentes

comportamentos, ou seja, a moda é uma influencia passageira que transmite o

reflexo do mundo atual.

A moda é, portanto, um fenômeno sociocultural que move uma economia

global, que cresce a cada ano, e expressa valores da sociedade, bem como hábitos

e costumes eternizando uma época. Os eventos de moda juntamente com seus

profissionais mostram ao planeta o quanto glamouroso, elegante, sofisticado e rico o

mundo fashion pode ser. Enfim, estar na moda não é vestir-se com as últimas

tendências. Ao contrário estar na moda é adaptar-se com seu estilo de corpo e estilo

de vida.

29

4. MATERIAIS E MÉTODOS

De acordo com os objetivos que foram sugeridos nesta pesquisa, descreve-se

a seguir os materiais e métodos utilizados para o desenvolvimento do compósito a

partir das fibras de sisal e da resina de poliéster insaturado, bem como o tratamento

químico, alvejamento e tingimento da fibra.

As fibras de sisal utilizadas foram desfibradas no laboratório de Engenharia

Têxtil da UFRN num peso total de 3,9 kg.

4.1 BENEFICIAMENTO DAS FIBRAS DE SISAL

4.1.1 Tratamento químico

As fibras de sisal desfibradas receberam um tratamento químico com 4% de

hidróxido de sódio (NaOH) e 2% do agente de molhagem (Resiwet), por uma hora

no autoclave (PHOENIX-VERTICAL), para retirada de impurezas e resíduos

existentes na fibra (fotografias 3 e 4).

Fotografia 3 - Sisal desfibrado

Fonte: Autor.

30

Fotografia 4 - Sisal depois do tratamento químico

Fonte: Autor.

4.1.2 Alvejamento

O processo de alvejamento visa remover a cor amarelada do sisal e deixá-lo

branco, sendo o agente ativo o hipoclorito de sódio.

Para a realização do alvejamento foram utilizados os seguintes produtos:

Fibra de sisal - 2kg

Hipoclorito de sódio (NaOCl) – 100g

Umectante (Resiwet) – 10 ml

Ácido Sulfúrico (H2SO4) – 40 ml

Estabilizante (Clarit PS) – 4g

As fibras de sisal foram colocadas na autoclave (PHOENIX-VERTICAL) com o

hipoclorito de sódio, umectante, acido sulfúrico e o estabilizador por 1 hora com uma

pressão de 1,25 Kgf/cm² (124 ºC). Em seguida foram realizadas 3 (três) lavagens

para retirada do excesso do produto químico, na sequencia as fibras foram secadas

em temperatura ambiente por 24 horas (fotografia 5).

31

Fotografia 5 - Fibras de sisal após o alvejamento

Fonte: Autor.

4.1.3 Tingimento

Tingimento é um processo químico da modificação de cor da fibra têxtil

através da aplicação de matérias coradas. As fibras foram tingidas com corantes

diretos nas cores azul, verde e alaranjado.

Produtos utilizados:

Fibra – 134 kg (para cada tonalidade utilizada)

Corante Azul Brilho – (Diphenyle FF 550%) – 3%

Corante Verde – (Diphenyle 2BN 180%) – 3%

Corante Alaranjado – (Diphenyle SE 275%) – 3%

Detergente – 3,35ml

Sal – 18,10g

As fibras cardadas e cortadas com o comprimento de 30 mm foram colocadas

em uma solução de corante e detergente em banho-maria (MARCONI - MA156).

Quando a temperatura atingiu os 30ºC contou-se 15 minutos para a primeira adição

do sal, essa etapa foi repetida a cada 15 min por três vezes, após a última adição de

sal esperou-se mais 90 mim para o término do processo (fotografias 6 e 7).

32

Fotografia 6 – Banho-maria

Fonte: Autor.

Fotografia 7 - Fibras de sisal tingidas

Fonte: Autor.

4.2 PREPARAÇÃO DA MANTA

Para a confecção das mantas foi desenvolvido no Laboratório de Engenharia

Têxtil, um preparador de manta para utilização nesta pesquisa.

O preparador de manta é composto de quatro elementos básicos: suporte

quadrado de vidro com dimensões de 300x300 mm, prancha de tecnil para

moldagem, tampa de tecnil que funciona como uma prensa e mangueira para encher

e escoar a água (fotografias 8 e 9).

33

Fotografia 8 - Suporte de vidro

Fonte: Autor.

Fotografia 9 – Prancha e tampa de tecnil

Fonte: Autor.

As fibras foram colocadas no preparador de manta, na sequencia adicionou-

se água até o ponto em que as mesmas ficassem submersas. Depois a água escoou

com ajuda da mangueira até que as fibras estivessem distribuídas na prancha,

formando a manta. Após o total escoamento da água, a manta foi retirada

cuidadosamente do preparador de manta e secando em temperatura ambiente por

48 horas (fotografias 10, 11 e 12).

34

Fotografia 10 - Distribuição das fibras

Fonte: Autor.

Fotografia 11 - Fibras submersas

Fonte: Autor.

Fotografia 12 - Manta pronta

Fonte: Autor

35

4.3 FABRICAÇÃO DO COMPÓSITO

O compósito foi preparado com a proporção de 30/70% – fibra/resina. O

processo utilizado foi o de molde fechado, utilizando grampos em suas

extremidades, a fim de comprimir o compósito proporcionando um melhor

acabamento. Utilizou-se um molde de madeira revestido com fórmica, com

dimensões internas de 300 x 300 x 3 mm (figura13).

Fotografia 13 – Molde de madeira.

Fonte: Autor

Foi utilizada como matriz a resina poliéster Ortofitálica 5160 (densidade 1,2

g/cm³) e o peróxido (MEK – peróxido de metil etil cetona) como iniciador. Foram

feitas 6(seis) placas de compósitos, sendo 2 (duas) azuis, 2 (duas) verdes e 2 (duas)

alaranjadas.

Primeiro foi aplicado o desmoldante de cera de carnaúba em toda a

extremidade do molde. Posteriormente, colocou-se a metade da resina e logo após a

manta, em seguida a outra parte da resina. O molde foi fechado e presando com o

auxílio dos grampos, e após 48h o compósito foi desmoldado (fotografias 14, 15, 16

e 17).

36

Fotografia 14 - Adição da resina

Fonte: Autor

Fotografia 15 -Adição da fibra

Fonte: Autor

Fotografia 16 - Compósito prensado.

Fonte: Autor

37

Fotografia 17 - Compósito pronto.

Fonte: Autor

Após a fabricação dos compósitos as placas foram separadas em dois grupos

(cada grupo com um compósito verde, azul e alaranjado). No primeiro grupo foram

cortadas as amostras para o ensaios mecânicos. No segundo grupo foram

confeccionadas amostras no formato de flor, pássaro e coqueiro para aplicação na

moda, ambos os cortes foram realizados à laser (DERSA-LASER 3.5 30W) conforme

a marcação feita na placa do compósito (figuras 2, 3, 4, e 5). O processo de corte é

assistido por computador no qual a máquina faz a leitura da figura com as

marcações previamente inseridas no computador e em seguida realiza o receptivo

corte.

Figura 2 – Marcações no formato de coqueiro

Fonte: Autor.

38

Figura 3 - Marcações no formato de flor

Fonte: Autor.

Figura 4 - Marcações no formato de pássaro

Fonte: Autor.

Figura 5 - Marcações das amostras para os ensaios mecânicos

Fonte: Autor.

39

As fotografias 18, 19 e 20 demostram as amostras do segundo grupo de

compósitos após o corte a laser.

Fotografia 18 - Amostras no formato de coqueiro

Fonte: Autor.

Fotografia 19 - Amostras no formato de flor

Fonte: Autor.

Fotografia 20 - Amostras no formato de pássaro

Fonte: Autor.

40

4.4 ENSAIOS MECÂNICOS

4.4.1 Ensaio de Tração

Consiste na aplicação de carga de tração uniaxial crescente em um corpo de

prova especifico até a ruptura. Trata-se de um ensaio largamente utilizado na

indústria de componentes mecânicos, devido às vantagens de fornecer dados

quantitativos das características mecânicas dos materiais.

Em um ensaio de tração, obtém-se o gráfico tensão-deformação, no qual é

possível analisar o comportamento do material ao longo do ensaio. Os valores e

suas representações dependem do tamanho da amostra a ser testada, pois a carga

aplicada para o alongamento será determinada através disso. Para minimizar esses

fatores geométricos, a carga e o alongamento são normalizados de acordo com o

seus respectivos parâmetros de tensão e deformação (GARCIA, 2000).

O equipamento utilizado para o ensaio de tração foi uma máquina de ensaio

universal modelo (SHIMADZU AG – X 300KN), fotografia 21. O ensaio tem como

objetivo determinar a tensão de tração, a deformação e o módulo de elasticidade do

compósito.

Os ensaios foram realizados em um ambiente à temperatura de 25ºC, a uma

velocidade de deslocamento, afastamento, de 2 mm/mim, de acordo com a norma

ASTM 3039. Foram utilizadas 6 (seis) amostras com dimensões 150 x 25 x 3 mm.

Fotografia 21 - Máquina de ensaios mecânicos

Fonte: Autor.

41

4.4.2 Ensaio de Flexão em três pontos

O ensaio de flexão é utilizado principalmente para avaliar propriedades

mecânicas de materiais frágeis ou dúcteis: são analisadas as tensões internas, na

fase elástica, isto é, quando o material submetido a um esforço apresenta a

capacidade de absorver energia ocorrendo um desarranjo em sua estrutura interna e

devolve esta energia ao meio, retornando naturalmente na forma inicial em que se

encontrava (GARCIA, 2000).

Um dos ensaios mecânicos mais utilizados na caracterização de compósitos é

ensaio de flexão em três pontos. O ensaio de flexão em três pontos consiste na

aplicação de uma carga no centro de um corpo-de-prova específico, padronizado,

apoiado em dois pontos, como é mostrado na Figura 6. A carga aplicada aumenta

lentamente até a ruptura do corpo-de-prova. O valor da carga aplicada versus o

deslocamento do ponto central é a resposta do ensaio. Os principais resultados do

ensaio de flexão são: módulo de elasticidade, tensão à flexão e à deflexão máxima.

Figura 6 – Representação do ensaio de flexão.

Fonte: Norma ASTM 790.

O ensaio de flexão de três pontos foi realizado em máquina de ensaio

universal (SHIMADZU AG – X 300KN) seguindo recomendações da norma ASTM

D790. Os ensaios de flexão foram realizados para a determinação do módulo de

elasticidade, tensão de flexão e deflexão máxima do compósito utilizando as

equações (1, 2 e 3) conforme a norma que rege o ensaio. Foram utilizadas seis

amostras com dimensões 150x25x3mm, distância entre apoios de 100 mm e taxa de

velocidade de 6 mm/mim, fotografia 22.

42

Eq. 1

Eq. 2

Eq. 3

Fotografia 22 - Amostras do ensaio de flexão.

Fonte: Autor

4.5 ENSAIO DE ABSORÇÃO

O ensaio de absorção de água foi realizado conforme a norma ASTM D570-

99, utilizando corpos de prova com 25 x 25 mm. Para a obtenção do peso seco os

corpos de prova foram pesados e em seguida imersos em água destilada (à

temperatura ambiente). Em intervalos de tempo pré-determinados (a cada 24 horas),

por cinco dias, as amostras foram retiradas da água, pesadas e novamente

submersas até comprovação de saturação (fotografia 23).

A obtenção do percentual de absorção e feita através da equação:

Eq. 4

43

Fotografia 23 - Amostras do ensaio de absorção submersas

Fonte: Autor

4.6 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA

Durante a fase de produção ou análise de materiais, quase sempre se torna

necessário analisar a sua microestrutura. Esta análise microestrutural é muito

importante, pois permite:

• Entender as correlações microestrutura - defeitos - propriedades;

• Predizer as propriedades do material quando estas correlações são

estabelecidas.

O Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) se tornou um instrumento

imprescindível nas mais diversas áreas: eletrônica, geologia, ciência e engenharia

dos materiais, ciências da vida etc. Em particular, o desenvolvimento de novos

materiais tem exigido um número de informações bastante detalhado das

características microestruturais só possível de ser observado no MEV.

Após os ensaios de tração e flexão, foram realizadas análise das fraturas em

um microscópio eletrônico de varredura (modelo XL-30 – ESEM), fotografia 24.

Fotografia 24 - Equipamento para realização do MEV

Fonte: Autor.

44

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 ABSORÇÃO DE ÁGUA

Após 96 (noventa e seis horas) horas da realização do ensaio, com pesagens

a cada 24h houve a saturação no peso das amostras do ensaio de absorção de

água. Em seguida foram obtidos os resultados da absorção no qual pode-se

observar uma diferença do percentual entre as três placas de compósitos de

sisal/poliéster azul, sisal/poliéster verde e sisal/poliéster alaranjado (SPA, SPV e

SPL respectivamente), principalmente em relação ao SPV, esta diferença ocorreu

devido à variação da distribuição das fibras na manta. Outros fatores que

ocasionaram alteração do percentual das amostras foram os vários tratamentos a

que a fibra de sisal foi submetida, modificando sua estrutura. O gráfico 1 demonstra

o percentual da absorção de água para cada placa de compósito.

Gráfico 1 - Média do percentual de absorção de água dos compósitos

0

1

2

3

4

53,9 %

4,6 %

3,7 %

ABSORÇÃO DE ÁGUA (%)

SPA SPV SPL Fonte: Autor.

45

5.2 ENSAIO DE TRAÇÃO

Os compósitos analisados foram divididos em três grupos com seis amostras

cada, caracterizadas pelas cores azul, verde e alaranjado, ambos com a mesma

proporção de fibra/matriz (30/70). Gráficos 2, 3 e 4 demostram as curvas tensão x

deformação do ensaio de tração para os três grupos de amostras.

Gráfico 2 – Curva da tensão x deformação do ensaio de tração compósito azul

Fonte: Ensaio de tração (SHIMADZU AG-X30KN).

Gráfico 3 Curva da tensão x deformação do ensaio de tração compósito verde


46

Gráfico 4 Curva da tensão x deformação do ensaio de tração compósito alaranjado


Através das analises dos resultados obtidos dos três grupos de compósitos

(Quadro 6) podemos perceber que os valores mantiveram-se próximos no que diz

respeito à resistência à tração e à deformação máxima dos compósitos

Quadro 6 - Propriedades mecânicas a tração.

Compósito Resistência à Tração

Máxima (MPa)

Deformação

Máxima (%)

Módulo de

Elasticidade (GPa)

SPA 25,14 + S 1,7 1,58 + S 0,18 3 + S 0,26

SPV 26,29 + S 3,8 1,95 + S 0,39 2,61 + S 0,19

SPL 23,76 + S 3,4 1,64 + S 0,33 2,66 + S 0,30

Fonte: Autor

Os valores do ensaio de tração dos compósitos estudados neste trabalho se

mantiveram próximos quando comparados em relação ao teor de fibra de sisal. Os

compósitos com 20% de fibra de sisal tem uma resistência à tração de 31,83 MPa,

mas quando comparados levando em consideração o comprimento das fibras há

uma diferença considerável. O compósito cuja fibra de sisal tem um comprimento 25

mm, a resistência é de 40,84 + 0,88 MPa (JOSEPH, 1999, p. 138,139).

47

Para os valores do módulo de elasticidade os resultados mantiveram-se

superiores aos teóricos, pois o compósito reforçado com fibra de sisal tem um

módulo de elasticidade em torno de 2,19 + 0,13 MPa, de acordo com Joseph (1999,

p. 138). Na comparação entre as três placas de compósito estudadas pode-se

observar que o compósito SPA tem uma maior rigidez, sabendo-se que o módulo de

elasticidade demonstra a rigidez do material e quanto maior o módulo menor será a

deformação elástica resultante da aplicação de uma tensão.

Para a maioria dos corpos de prova ensaiados observou-se que a fratura

ocorreu próxima às extremidades das amostras, mas dentro do limite da área útil. A

fratura sucedeu da resina para o reforço sem a completa separação das superfícies

de fratura, sendo que a ruptura perfeita é tida como a ruptura que ocorre na matriz e

na fibra ao mesmo tempo, isso ocorre quando a interface é muito boa.

5.3 ENSAIO DE FLEXÃO EM TRÊS PONTOS

O ensaio de flexão em três pontos foi realizado de acordo com a norma ASTM

3039. Com os valores dos resultados obtidos no ensaio obtêm-se a resistência à

flexão, deformação máxima e o módulo de elasticidade. Os gráficos 5, 6 e 7

mostram às curvas da tensão x deformação a flexão dos compósitos estudados.

Gráfico 5 - Curva da tensão x deformação do ensaio de flexão compósito azul

Fonte: Ensaio de Flexão (SHIMADZU AG-X30KN).

48

Gráfico 6 - Curva da tensão x deformação do ensaio de flexão compósito verde


Gráfico 7 - Curva da tensão x deformação do ensaio de flexão compósito alaranjado


49

Com base nos resultados é possível observar que as placas dos compósitos

tiveram valores próximos na resistência à flexão. Na deformação os valores para as

três placas foram distintos, sendo que a placa de SPV obteve o maior alongamento

entres os compósitos (Quadro 7). Os valores obtidos dos compósitos estudados

diferenciaram dos encontrados em Vieira (2008), o compósito reforçado com fibra

curta de sisal tem uma resistência à flexão em torno de 63,4 + 7,6.

Quadro 7 – Propriedades mecânicas a flexão

Compósito Resistência Flexão

Máxima (MPa)

Deflexão

(deformação)

Máxima (%)

Módulo de

Elasticidade (GPa)

SPA 48,51 + S 6,27 1,72 + S 0,31 19,67 + S 2,8

SPV 54,51 + S 9,3 2,08 + S 0,57 16,70 + S 1,5

SPL 57,70 + S 11,31 1,8 + S 0,26 20,72 + S 2,4

Fonte: Autor.

O resultado do módulo de elasticidade a flexão demostrou uma aproximação

entre os valores dos compósitos SPA e SPL, em relação ao SPV. Essa diferença

nos valores obtidos foi ocasionada pela forma de fabricação, bem como a não

homogeneização das mantas utilizadas no compósito. Na comparação entre as três

placas de compósito a amostra com SPL obteve a maior rigidez.

50

5.4 ANÁLISE DAS IMAGENS DO MEV

A análise dos compósitos por microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi

realizada com o objetivo de observar as fraturas resultantes do ensaio de tração e

flexão e a adesão fibra/matriz

Nas imagens 1, 2 e 3 da superfície das amostras dos compósitos poliméricos

reforçados com fibra de sisal é possível observar a presença de bolhas, falhas

superficiais e a fissura na matriz do compósito, todas as falhas citadas foram

ocasionadas devido a forma de fabricação do compósito.

Imagem 1 – Superfície da Amostra SPA

Fonte: Microscópio eletrônico de varredura – MEV.

51

Imagem 2 – Superfície da Amostra SPV


Imagem 3 – Superfície da Amostra SPL após ensaio de flexão


52

Na imagem 4 do compósito SPA pode se observar o cisalhamento da amostra

devido aplicação da carga no ensaio de flexão. As figuras 5 e 6 demonstram a

desaderência da fibra/matriz.

Imagem 4 – Cisalhamento da amostra SPA


Imagem 5 – Desaderência da Amostra SPV


53

Imagem 6 – Desaderência da Amostra SPL


A imagem 7 demonstra a rugosidade da fibra de sisal ocasionado pelo

tratamento químico. As imagens 8 e 9 apresentam a aderência da fibra/matriz, a

ruptura e o arranque da fibra.

Imagem 7 – Fibra de sisal


54

Imagem 8 – Aderência da Amostra SPL


Imagem 9 – Arranque da fibra de sisal


55

5.5 APLICAÇÃO DO COMPÓSITO NO VESTUÁRIO

O maior uso de ferramentas tecnológicas contribuirá também para conferir

equilíbrio entre a qualidade estética e a qualidade tecnológica. Desse modo, estética

e tecnologia estarão lado a lado, pois a inovação tecnológica propiciara uma

combinação da estética e da inovação de formas, cortes e modelagem.

Depois de feitas todas as analises no compósito e sabendo que a proposta

para aplicação na moda não requer elevados comportamentos mecânicos, tornando

o uso desse material viável.

A proposta de aplicação do material em estudo, esta situada na área da moda

com a finalidade de agregar valor, auxiliando no embelezamento das peças.

Podendo ser utilizada como acessórios de cabelo, colares e apliques em roupas,

chapéus, calçados etc. (fotografias 25, 26, 27, 28 e 29)

Fotografia 25 – Acessório de cabelo

Fonte: Autor.

56

Fotografia 26 – Aplique em bolsa

Fonte: Autor.

Fotografia 27 – Aplique em calçado

Fonte: Autor.

57

Fotografia 28 – Acessório

Fonte: Autor.

Fotografia 29 – Aplique em chapéu

Fonte: Autor.

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6. CONCLUSÕES

Com base nos resultados experimentais, as seguintes conclusões podem ser

destacadas:

1. No ensaio de absorção de água dos compósitos reforçados com fibra de sisal com

tingimento nas cores azul e alaranjado, apresentaram uma proximidade entre os

valores do percentual de absorção no valor de 3,9% e 3,7% respectivamente, já em

relação ao compósito com tingimento na cor verde o percentual foi mais acentuado

no valor de 4,6%. Esta diferença entre os valores ocorreu devido à variação da

distribuição das fibras nas mantas, bem como os vários processos químicos

aplicados na fibra.

2. No ensaio mecânico de tração realizado nos compósitos, observou-se que as três

placas tiveram valores próximos no que diz respeito à resistência à tração (SPA

25,14 MPa; SPV 26,29 MPa; SPL 23,76 MPa). Na comparação com os compósitos

encontrados em Joseph (1999, p. 138 e 139) onde se utilizou fibra de sisal com

teores e proporções diferentes dos estudados neste trabalho, observou-se que os

comportamentos mecânicos foram bem distintos entres estes compósitos.

3. No módulo de elasticidade à tração os resultados mantiveram-se superiores,

quando comparados com os valores encontrados no trabalho de Joseph (1999) que

é de 2,19 MPa. Já os compósitos estudados ficaram em torno de SPA 3 MPa; SPV

2,61 MPa e SPL 2,66 MPa. Na comparação entre as três placas de compósito

observou-se que o compósito SPA obteve uma maior rigidez

4. Os resultados obtidos pelo ensaio de flexão em três pontos observou-se que as

placas do compósito SPA, SPV e SPL obtiveram valores bem próximos na

resistência à flexão em torno de 48,51 MPa; 54,51 MPa e 57,70 MPa,

respectivamente. Na comparação com o trabalho de Vieira (2008) que foi de 63,4

MPa, os compósitos desenvolvidos tiveram um comportamento à flexão bem inferior.

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5. O módulo de elasticidade à flexão apresentou uma aproximação entre os valores

dos compósitos SPA 19,67 MPa e SPL 20,72 MPa. Destaca-se também que o

compósito SPL obteve a maior rigidez entre os três compósitos.

6. As imagens da microscopia eletrônica de varredura apresentaram falhas em todas

as três placas estudadas como desaderência da fibra/matriz, fissuras na matriz e

bolhas. Mas também foi possível observar a aderência do reforço com a matriz.

7. Após todas analises podemos concluir que os compósitos poliméricos reforçados

com fibra de sisal são viáveis para aplicação na moda por não necessitarem de

elevadas resistências mecânicas.

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7. SUGESTÕES

Os resultados observados para as propriedades dos compósitos em estudo

motivam a continuidade da pesquisa nesta área. Desta forma, alguns aspectos não

estudados neste trabalho, podem ser sugeridos para futuras pesquisas:

1. Uso de outros processos de fabricação do compósito.

2. Aplicação de outros tipos de resina.

3. Aplicação de outras cores

4. Desenvolvimento de compósitos flexíveis.

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8. REFERENCIAS AQUINO, E.M.F.; RODRIGUES, L.P.S.; OLIVEIRA, W; and SILVA, R.V. Moisture Effect on degradation of Jute/Glass Hydrid Composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 27, No. 1, 219-233 (2007). ASTM D 3039/D 3039/M – 00. Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. Reapproved 2006. ASTM D 790 – 03. Standard Test Method for Flexural Properties of Unreinforcedand Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials. 2003. COSTA, M. R., "Las Fibras Textiles y su Tintura", Química Textil, Vol. II, Concytec, Lima, 1990. D’ALMEIDA, A.L.S.; CALDO, V.; BARRETO, D.W. Acetilação da fibra de bucha (Luffa cylindrica). Polímeros: Ciências e Tecnologia, São Carlos, v.15, n.1, p.59-62, 2005. EMBRAPA. Sisal. Disponível em: <http://www.cnpa.embrapa.br/produtos/sisal/index.html>. Acesso em: 12 nov. 2011. FROLLINI, E.; PAIVA, J. M. F.; TRINDADE, W. G.; RAZERA, I. A. T.; TITA, S.P. Natural Fibers, Plastics and Composites. New York: Klumer Academic Publishers, USA, 2004, p. 193-225. GARCIA, A.; SANTOS, C. A.; SPIM, J. A., Ensaios dos Materiais, Rio de Janeiro, Livros técnicos e Científicos S.A., 2000. IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística). Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios – Síntese de Indicadores, 2002. JOSEPH, Kuruvilla; MEDEIROS, Eliton S.; CARVALHO, Laura H.. Compósitos de Matriz Poliéster Reforçados por Fibras Curtas de Sisal. Polímeros: Ciência e Tecnologia, São Carlos, n. , p.136-141, dez. 1999. LADCHUMANANANDASIVAM, R. Apostila - Ciências dos Polímeros e Engenharia de Fibras I, Capitulo 2, março, 2005,39p. MACEDO, J. C. e SILVA, E. P. Inovações na estamparia com pigmentos. Revista Química Têxtil, n. 69, p. 2838, 2002. MALUF, E. e KOLBE, W. Dados técnicos para a indústria têxtil Manual. 2. ed. São Paulo: IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo e ABIT – Associação Brasileira da Indústria Têxtil e de Confecção, p. 240, 244, 2003. (Publicação IPT; 2829). MARROQUIM, S. Uso da fibra de coco e látex na engenharia automotiva: memorial da Crina-Látex do Brasil. Abreu e Lima: ABRACOCO, 1994.

62

MARTINS NETO, José Antonio. DESEMPENHO MECÂNICO DE COMPÓSITOS HÍBRIDOS DE FIBRAS NATURAIS E POLIÉSTER NÃO SATURADO. 2010. 89 f. Dissertação (Mestrado) - Ufrn, Natal, 2010. MATTOSO, L. H. C.; Ferreira, F. C.; Curvelo, A. A. S. - "Sisal fiber: morphology and applications in polymer composites", in: Lignocellulosic-plastics composites, p.241, Leão, A. L.; Carvalho, F. X.; Frollini, E. (ed), São Paulo, USP, Botucatu, UNESP (1997). MENDONCA, P. T. R. Materiais compostos e estruturas-sanduiche: projeto e análise. Barueri, SP: Manole, 2005. MOTA, R. C. S. Análise de viabilidade técnica de utilização da fibra de bananeira com resina sintética em compósitos. 2009. Dissertação de Mestrado (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica) Universidade do Rio Grande do Norte. Natal-RN. OLIVEIRA, J. F. S. Estudos da influência da configuração em compósitos poliméricos híbridos. 2007. Dissertação de Mestrado (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica) Universidade do Rio Grande do Norte. Natal-RN. RIBEIRO, L. M.. Estudo da flamabilidade e resistência à chama de compósito de poliéster insaturado e fibra da folha de abacaxizeiro (PALF), 2011. Dissertação de Mestrado (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica) Universidade do Rio Grande do Norte. Natal-RN RODRIGUES, L. P. S. Efeito do envelhecimento ambiental acelerado em compósitos poliméricos, 2007. Dissertação de Mestrado (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica) Universidade do Rio Grande do Norte. Natal-RN SANTIAGO, et al. Comportamento Mecânico do Compósito de Resina Ortoftálica Reforçado com Fibra de Juta e tratado quimicamente com Hidróxido de Sódio. 2007 Disponível em: <www.redenet.edu.br/ojs/index.php/tecnologia/article/.../33/29>. Acesso em: 10 mar. 2010. SANTOS, Eylisson André Dos. Avaliação Mecânica e Microestrutural de Compósitos de Matriz de Poliéster com Adição de Cargas Minerais e Resíduos Industriais. 2006 SAVASTANO JÚNIOR, H.; AGOPYAN, V. Microestrutura x desempenho dos compósitosreforçados com fibras vegetais. In: WORKSHOP SOBRE RECICLAGEM E REUTILIZAÇÃODE RESIDUOS COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO CIVIL, 1996, Sao Paulo. Anais... SaoPaulo: Epusp/Antac, 1997.p.153-8.

63

TAVARES, Michella Melo. Estudo Comparativo das Propriedades Mecânicas em Compósitos da Fibra da Folha de Abacaxizeiro e Curauá. 2008. 109 f. Dissertação (Mestrado) - Ufrn, Natal, 2008 VIEIRA, Cristiane Aurelia Borges. Avaliação de métodos de fabricação de mantas híbridas de fibras curtas de vidro e sisal em compósitos poliméricos. 2008. 110 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade De Caxias Do Sul, Caxias Do Sul, 2008.

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