UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

DESENVOLVIMENTO DE COMPÓSITO UM DE MATRIZ POLIMÉRICA COM

CARGA/REFORÇO DE FIBRAS DE PIAÇAVA E PET PÓS-CONSUMO

Tese submetida à

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

como parte dos requisitos para a obtenção do grau de

DOUTOR EM ENGENHARIA MECÂNICA

RUDSON DE SOUZA LIMA

Orientador: Prof. Dr. José Ubiragi de Lima Mendes

Natal/RN

Junho de 2017

i

RUDSON DE SOUZA LIMA

DESENVOLVIMENTO DE UM COMPÓSITO DE MATRIZ POLIMÉRICA COM

CARGA/REFORÇO DE FIBRAS DE PIAÇAVA E PET PÓS-CONSUMO

Tese apresentada ao Programa de Pós-

Graduação em Engenharia Mecânica, da

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

(UFRN) como requesito parcial para obtenção

do título de Doutor em Engenharia Mecânica.

Orientador: Prof. Dr. José Ubiragi de Lima

Mendes

Natal/ RN

Junho de 2017

ii

UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede

Catalogação da Publicação na Fonte

Lima, Rudson de Souza.

Desenvolvimento de compósito um de matriz polimérica com

carga/reforço de fibras de piaçava e pet pós-consumo / Rudson de

Souza Lima. - 2017.

114 f. : il.

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Rio Grande do

Norte, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica. Natal, RN, 2017.

Orientador: Prof. Dr. José Ubiragi de Lima Mendes.

1. Compósito - Tese. 2. Polietileno tereftalato (PET) - Tese. 3.

Piaçava - Tese. 4. Epóxi - Tese. I. Mendes, José Ubiragi de Lima.

II. Título.

RN/UF/BCZM CDU 620.1

iii

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE - UFRN

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

DESENVOLVIMENTO DE UM COMPÓSITO DE MATRIZ POLIMÉRICA COM

CARGA/REFORÇO DE FIBRAS DE PIAÇAVA E PET PÓS-CONSUMO

RUDSON DE SOUZA LIMA

Esta tese foi julgada adequada para a obtenção do título de

Doutor EM ENGENHARIA MECÂNICA

sendo aprovada em sua forma final.

______________________________________

Orientador: Prof. Dr. José Ubiragi de Lima Mendes

BANCA EXAMINADORA

_________________________________________

Prof. Dr. José Ubiragi de Lima Mendes

_________________________________________

Dr. Elmo Thiago Lins Cöuras Ford

_________________________________________

Dr. Natanaeyfle Randemberg Gomes dos Santos

_________________________________________

Dr. Dorgival Albertino da Silva Júnior

__________________________________________

Dra. Maria Kalionara de Freitas Mota

iv

Dedico este trabalho aos

meus pais, Rosildo e

Lindalva, que tudo me

ensinaram e graças a eles

eu estou podendo

conquistar todas as minhas

vitórias.

v

AGRADECIMENTOS

A Deus, pela sua constante presença, abençoando-me com a luz, a força e a paz

necessária.

Ao meu pequeno príncipe, Ruan, filho amado, que na sua dependência faz-me mais

perseverante em todas as minhas conquista.

A minha família, pela compreensão e apoio, sem os quais nada teria sido possível.

Ao professor Dr. José Ubiragi de Lima Mendes, pela atenção, paciência e orientação

na elaboração deste trabalho. Sem sua enorme competência isso não seria possível.

A amiga e parceira, Synara Lucien, pelas dicas e soluções de problemas enfrentados

ao longo de todo o trabalho.

Ao amigo e companheiro de trabalho, Samir Adson, pelo apoio dado em muitos passos

dos procedimentos experimentais.

A Ana Keuri, aluna e estagiária do laboratório da Engenharia Mecânica na

UFERSA/Caraúbas, por suas enormes contribuições em algumas etapas do trabalho.

Ao colega de trabalho Wendell Albano que cedeu gentilmente seu microscópio

pessoal para as análises dos corpos de prova.

À amiga e companheira de trabalho Guymmann da Silva, pelo apoio em fornecimento

de material didático para estudos.

À amiga e companheira de trabalho Andrea Freitas pelo apoio na tradução do abstract.

Ao laboratório de peneiras moleculares (LABPEMOL) da UFRN por sua contribuição

nos ensaios de Termogravimetria.

A minha noiva, Isabelle Fagundes, por todo apoio e incentivo dado durante a fase final

deste desenvolvimento.

A todos os amigos do laboratório de mecânica dos fluidos que me acompanharam ao

longo desta trajetória.

vi

“Posso não concordar com o que você diz, mas defenderei até a morte o seu direito de

dizê-lo”.

Atribuição de Evelyn Beatrice Hall ao filósofo iluminista François Marie Arouet (Voltaire).

vii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Disposição de reforço particulado na matriz. ............................................................ 4

Figura 2. Disposição de fibras contínuas em compósitos. a) Unidirecional, b) Bidirecional, ... 4

Figura 3. Esquema representativo do processo RTM proposto por Miranda (2015). ............... 6

Figura 4. Vassouras produzidas com PET reciclado. .............................................................. 12

Figura 5. a) Borra da piaçava b) Aplicação da borra da piaçava em coberturas. .................... 13

Figura 6. a) Fado da fibra da piaçava b) Aplicação de piaçava em produção de vassouras. ... 14

Figura 7. Esquema de medição de densidade segundo Júnior, 2005 ...................................... 19

Figura 8. Material prismático submetido à flexão. .................................................................. 21

Figura 9. Representação de um carregamento de impacto. ..................................................... 22

Figura 10. Relações entre a dureza e o limite de resistência a tração para aço, latão e ferro

fundido. ..................................................................................................................................... 24

Figura 11. Transferência de calor em uma parede plana ......................................................... 26

Figura 12. Microscópios: a) MEV (Unisinos, 2017) b) MET (Prolab, 2017) c) Microscópio

óptico (Prolab, 2017) ................................................................................................................ 29

Figura 13. Projeto do fatiador de garrafa PET. ....................................................................... 31

Figura 14. Fatiador de garrafa PET. ........................................................................................ 31

Figura 15. Processo de produção dos fios de PET. ................................................................. 32

Figura 16. a) Fios produzidos; b) Fios em aproximação. ........................................................ 33

Figura 17. Fibra do PET antes e após o lixamento. ................................................................. 33

Figura 18. Placa para seleção da fibra de piaçava. .................................................................. 34

Figura 19. Fibras da piaçava. ................................................................................................... 35

Figura 20. Amostra dos tecidos da fibra: a)Tecido de PET. b)Tecido de Piaçava. c)Tecido

hibrido (PET e piaçava). ........................................................................................................... 36

Figura 21. Molde para produção do compósito por RTM em corte. ....................................... 38

Figura 22. Balança de precisão utilizada na pesagem da resina. ............................................. 38

viii

Figura 23. a)Furadeira utilizada como agitador mecânico; b)Agitador utilizado na

homogeneização da resina. ....................................................................................................... 39

Figura 24. Representação em corte e real do aparato de filtragem de bolhas. ........................ 40

Figura 25. Aparato de RTM montado. .................................................................................... 40

Figura 26. Placas de 2,5 mm. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d)

Resina + Piaçava + PET. .......................................................................................................... 41

Figura 27. Placas de 5 mm. a) Resina pura & Resina + Piaçava; b) Resina + PET + Piaçava &

Resina + PET. ........................................................................................................................... 42

Figura 28. Molde para a produção dos corpos de prova de 12,7 mm...................................... 43

Figura 29. Placas de 12,7 mm. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d)

Resina + Piaçava + PET. .......................................................................................................... 43

Figura 30. Molde para os corpos de prova dos ensaios térmicos. ........................................... 44

Figura 31. Aparato de corte de corpos de prova. ..................................................................... 45

Figura 32. Material em corte. .................................................................................................. 45

Figura 33. Corpos de prova para ensaio de tração. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina

+ Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. .................................................................................... 47

Figura 34. Corpos de prova após os ensaios. .......................................................................... 47

Figura 35. Máquina universal de ensaios da EMIC. ............................................................... 48

Figura 36. Demonstrativo dimensional do ensaio de flexão. .................................................. 49

Figura 37. Recomendação de corpos de prova de compressão. a) Corpo de Prova de secção

quadrada; b) Corpo de prova de secção circular....................................................................... 50

Figura 38. Dimensionamento dos corpos de prova para ensaio de impacto. .......................... 51

Figura 39. Especificação para o impacto de charpy. ............................................................... 51

Figura 40 Durômetro Kori Seik MFG. a) Frente do equipamento; b) verso do equipamento 52

Figura 41. Determinador de Umidade Série ID-V 1.8 – Marte. .............................................. 53

Figura 42. Corpos de prova do ensaio de absorção de água. a) Resina pura; b) Resina + PET;

c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. .................................................................... 54

Figura 43. Balança de densidade utilizada. ............................................................................. 55

ix

Figura 44. Corpos de prova de densidade. .............................................................................. 56

Figura 45. KD2 - PRO. ............................................................................................................ 57

Figura 46. Agulhas de teste do KD2 – PRO. ........................................................................... 57

Figura 47. Corpos de prova para ensaios térmicos. a) Resina pura; b) Resina + PET; c)

Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. ........................................................................ 58

Figura 48. Procedimento de Medição das propriedades térmicas. .......................................... 59

Figura 49 Equipamento de Termogravimetria utilizado para o ensaio. .................................. 59

Figura 50. Microscópio digital (Eletronic Magnifier). ............................................................ 60

Figura 51. Círculo de 300 μm visto pela lente do microscópio. .............................................. 60

Figura 52. Resultados dos ensaios de Tração. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina +

Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. ....................................................................................... 61

Figura 53. Módulos de elasticidade dos materiais sob tração. ................................................ 63

Figura 54. Secção de rompimento dos corpos de prova de tração. ......................................... 64

Figura 55. Visualização microscópica na secção de rompimento. a) Referência de

visualização de 500 μm; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. 65

Figura 56. Resultado dos ensaios de Flexão. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina +

Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. ....................................................................................... 66

Figura 57. Secção de rompimento dos corpos de prova de flexão reforçados. ....................... 67

Figura 58. Módulos de elasticidade dos materiais sob flexão. ................................................ 69

Figura 59. Resultado dos ensaios de compressão. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina

+ Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. .................................................................................... 70

Figura 60. Módulos de elasticidade dos materiais sob compressão. ....................................... 72

Figura 61. Corpos de prova após o ensaio de compressão. a) Resina pura; b) Resina + PET;

c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET. .................................................................... 73

Figura 62. Gráfico das densidades. ......................................................................................... 77

Figura 63. Gráfico da absorção de água ao longo dos dias de imersão. .................................. 79

Figura 64. Gráfico da condutividade térmica dos materiais .................................................... 80

Figura 65. Gráfico da resistividade térmica dos materiais ...................................................... 81

x

Figura 66. Gráfico do calor específico dos materiais .............................................................. 82

Figura 67. Gráfico da difusividade térmica dos materiais ....................................................... 83

Figura 68. Resultado da Análise Termogravimétrica .............................................................. 84

xi

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Principais tipos de matrizes. ...................................................................................... 7

Tabela 2. Especificação da resina epóxi. ................................................................................. 37

Tabela 3. Dimensões e tolerâncias recomendadas para os corpos de prova em ensaios de

impacto. .................................................................................................................................... 51

Tabela 4. Módulos de elasticidade à tração dos materiais. ...................................................... 63

Tabela 5. Módulos de elasticidade à flexão dos materiais. ..................................................... 68

Tabela 6. Módulos de elasticidade à compressão dos materiais. ............................................. 72

Tabela 7. Resultados dos ensaios de dureza ............................................................................ 74

Tabela 8. Resultados dos ensaios de teor de umidade. ............................................................ 75

Tabela 9. Resultados dos ensaios de densidade. ...................................................................... 76

Tabela 10. Valores médios do teor de absorção de água ......................................................... 78

xii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ASTM – American Society for Testing and Materials

AT – Ácido Tereftalato

BMC – Bulk Molding Compound

DMT – Dimetil Tereftalato

HMC – High Sheet Molding Compoud

MET – Microscópio Eletrônico de Transmissão

MEV – Microscópio Eletrônico de Varredura

PA – Poliamida

PC – Policarbonato

PEAD – Polietileno de Alta densidade

PEEK – Poliestercetona

PET – Polietileno Tereftalato

PF – Fenoplástica

PI – Poliamida

POM – Poliacetal

PPS – Polipropileno

PSP – Poliesterilpirionina

PSU – Polisulfona

PU – Poliuretano

PVC – Policloreto de Vinila

RIM – Resin Injection Molding

R-RIM – Reinforced RIM

RTM – Resin Transfer Molding

SI – Silicone

SMC – Sheet Molding Compound

TGA – Análise Termogravimétrica.

TPA – Ácido Tereftalato

UFERSA – Universidade Federal Rural do Semi-árido

UFRN – Universidade Federal do Rio Grande do Norte

UP – Poliéster Insaturado

xiii

NOMENCLATURAS

A – Área da secção transversal do material (m²) (em cálculos de resistência

mecânica)

A – Área da parede em sua secção transversal ao escoamento de calor (m²) (em

cálculos térmicos)

cv – Calor específico a volume constante (kJ/kg.K)

cp – Calor específico a pressão constante (kJ/kg.K)

Dv – Densidade volumétrica do laminado (g/cm³)

E – Módulo de elasticidade do material (Pa)

F – Força aplicada no material (N)

h – Entalpia específica (kJ/kg)

Kx – Condutividade térmica (W/m.K)

L – Espessura da parede (m)

M – Massa do corpo de choque (kg)

mA – Peso da amostra seca (g)

mF – Peso do fio que prenderá a amostra, parcialmente imerso em água (g)

mFA – Peso do fio juntamente com a amostra, ambos imersos em água (g)

q”x – Taxa de transferência de calor no sentido “x” (W)

Rparede – Resistência térmica de uma parede (K/W)

T – Temperatura (K)

Tg – Temperatura de transição vítrea (K)

Tm – Temperatura de fusão cristalina (K)

u – Energia interna específica (kJ/kg)

Um – Energia máxima dissipada no impacto (J)

V – Volume do corpo de prova (m³)

α – Difusividade térmica (m²/s)

ρ – Massa específica do material (kg/m³)

σ – Tensão ao qual o material está submetido (Pa)

σm – Tensão máxima ao impacto do material (Pa)

ε – Deformação ao qual o material está submetido

ʋ0 – Velocidade do impacto (m/s)

jT/jx – Derivada da Temperatura em relação à distância “x” (K/m)

xiv

RESUMO

Diante da realidade mundial de preservação ambiental, da necessidade de reaproveitamento

de insumos, redução de custos e melhoramento de propriedades, tem-se desenvolvido muitas

tecnologias que atendam a uma série desses fatores e, se possível, a todos. Nesse sentido, os

materiais compósitos assumem um papel de destaque nesse desenvolvimento de novos

materiais. O PET (Polietileno tereftalato) tem sido muito utilizado pela indústria mundial em

várias aplicações, onde a principal dessas é a produção de embalagens de produtos de

alimentícios, em que as indústrias de refrigerantes são os grandes consumidores desse

produto. Já na linha de fibras naturais, existe uma vasta quantidade de opções de uso em

aplicações de engenharia (Sisal, carnaúba, algodão, piaçava, etc.). Diante do exposto, esse

trabalho visa à produção, caracterização (Mecânicos, térmicos e físicos) e comparação de uma

série de configurações de materiais compósitos com uma matriz polimérica (Epóxi) com

reforço de PET pós-consumo e piaçava (Resina epóxi para referência; epóxi com fibras de

PET; epóxi com fibras de piaçava; e compósito híbrido). Os compósitos foram produzidos

com fibras bidirecionais em forma de tecido, as fibras tinham espaçamento entre elas de 1 cm.

Os materiais reforçados promoveram aumento de algumas propriedades, como flexão, que

apresentou um incremento de cerca de 25% na tensão máxima admissível do material.

Observou-se que a ordenação das fibras em sentido unidirecional pode melhorar as

resistências mecânicas do compósito, isso porque, de forma geral, todas as rupturas dos

ensaios ocorreram em uma secção de fragilização provocada pelas fibras transversais aos

esforços. Quando submetidos a esforços mecânicos, o compósito com reforço/carga de PET

apresentou-se como a melhor configuração, o qual apresentou um módulo de elasticidade em

regime de flexão 24% maior que a resina pura. Já em análise térmica, o compósito híbrido

apresentou melhores características para isolamento térmico, visto que sua condutividade

térmica reduziu em 2% quando comparado com o epóxi puro.

Palavras Chaves: Compósito. PET. Piaçava. Epóxi.

xv

ABSTRACT

Over the world reality of environment preservation, the necessity of reuse supplies, reduction

of costs and improvement of properties, it has been developed many technologies that support

a series of these factors and, if possible all of them. In this sense, the composite materials

assume a special role in the growth of new materials. The PET (polyethylene terephthalate)

has been utilized by worldwide industries in many different applications, from which the

principal one of them is the packaging of food production, wherefrom the soft drink industries

are the most substantial consumer of this product. As for natural fibers research line, there is a

vast quantity of options for engineering application handling (Sisal, carnauba, cotton,

piassava, etc.) In the face of what has been exposed, this research strives for the production,

characterization (Mechanical, thermal and physical) and comparison of a series of

configurations in the composite materials with a polymer matrix (Epoxy) with reinforcement

of PET after consummation and piassava (epoxy resin for reference; enhancement resin with

piassava fibers; and hybrid composite). The composites were produced with bidirectional

fibers in a format of tissue, the fibers had spaces between them of 1 centimeter. The

reinforced materials promoted increment of some properties, such as flection, that presented

an enhancement of nearly 25% of maximum tension admitted in the material. It was observed

however, that the ordination of the fibers in a unidirectional way might improve the mechanic

resistance of the composite, that´s because, in general form, all the ruptures occur in one

section of fragilization provoked by the transversal fibers to the reinforces. While submitted

to mechanic reinforces, the composite with reinforce/charge of PET presented itself with an

improved configuration, Which showed a modulus of elasticity in a regime of flexion 24%

larger than the pure resin. As for the thermal analysis, the hybrid composite presented

enriched characteristics for the thermal insulation, since its thermal conductivity reduced by

2% when compared to the pure epoxy.

Keywords: Composite. PET. Piassava. Epoxy.

xvi

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 1

1.1. Objetivos .......................................................................................................................... 2

1.1.1. Objetivo Geral ................................................................................................................ 2

1.1.2. Objetivos Específicos ................................................................................................... 2

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................... 3

2.1. Materiais Compósito ....................................................................................................... 3

2.1.1. Processos de Fabricação de Compósitos ....................................................................... 5

2.1.1.1. RTM (Resin Transfer Molding) .................................................................................. 6

2.2. Matriz ............................................................................................................................... 7

2.2.1. Resina Epóxi .................................................................................................................. 8

2.3. Reforços/Cargas em Compósitos ................................................................................. 10

2.3.1. PET .............................................................................................................................. 10

2.3.2 Piaçava .......................................................................................................................... 12

2.4. Estado da Arte ............................................................................................................... 15

2.5. Caracterização de Materiais ........................................................................................ 17

2.5.1. Absorção de Água ........................................................................................................ 17

2.5.2. Teor de Umidade ......................................................................................................... 18

2.5.3. Densidade ..................................................................................................................... 18

2.5.4. Resistência Mecânica ................................................................................................... 19

2.5.4.1. Resistência à tração ................................................................................................... 20

2.5.4.2. Resistência à compressão .......................................................................................... 20

2.5.4.3. Resistência à flexão .................................................................................................. 21

2.5.4.4. Resistência ao impacto .............................................................................................. 22

2.5.4.5. Ensaio para determinação de dureza ......................................................................... 23

2.5.5. Caracterização Térmica ............................................................................................... 24

2.5.5.1. Condutividade térmica .............................................................................................. 24

2.5.5.2. Resistividade térmica ................................................................................................ 25

2.5.5.3. Calor específico ........................................................................................................ 26

xvii

2.5.5.4. Difusividade térmica ................................................................................................. 27

2.5.5.5. Termogravimetria. .................................................................................................... 27

2.4.6. Microscopia ................................................................................................................. 28

3. MATERIAIS E MÉTODOS .......................................................................................... 30

3.1. Obtenção do fio de PET ............................................................................................... 30

3.1.1. O Fatiador de Garrafa PET ......................................................................................... 30

3.2. A fibra da Piaçava ........................................................................................................ 34

3.3. A Confecção do Reforço/Carga. ................................................................................. 35

3.4. A Escolha da Matriz .................................................................................................... 36

3.5. A Produção do Molde .................................................................................................. 37

3.6. A Produção do Compósito. ......................................................................................... 40

3.7. O Corte dos Corpos de Prova ..................................................................................... 44

3.8. Os Ensaios ..................................................................................................................... 46

3.8.1. Ensaios Mecânicos ....................................................................................................... 46

3.8.1.1. Ensaio de tração ........................................................................................................ 46

3.8.1.2. Ensaio de flexão ........................................................................................................ 48

3.8.1.3. Ensaio de compressão ............................................................................................... 49

3.8.1.4. Ensaio de impacto ..................................................................................................... 50

3.8.1.5. Ensaio de dureza ....................................................................................................... 52

3.8.2. Ensaio de Teor de Umidade ......................................................................................... 53

3.8.3. Ensaio de Absorção de Água ....................................................................................... 54

3.8.4. Ensaio de Densidade .................................................................................................... 55

3.8.5. Ensaios Térmicos ......................................................................................................... 56

3.8.6. Ensaios de Termogravimetria ...................................................................................... 59

3.8.7. Visualizações microscópicas ....................................................................................... 60

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................................... 61

4.1. Características Mecânicas ............................................................................................ 61

4.1.1. Tração .......................................................................................................................... 61

4.1.2. Flexão ........................................................................................................................... 66

4.1.3. Compressão .................................................................................................................. 69

xviii

4.1.4. Impacto ........................................................................................................................ 73

4.1.5. Dureza .......................................................................................................................... 73

4.2. Teor de Umidade ........................................................................................................... 75

4.3. Densidade ....................................................................................................................... 76

4.4. Absorção de água .......................................................................................................... 78

4.5. Resultados Térmicos ..................................................................................................... 80

4.5.1. Condutividade e resistividade térmica. ........................................................................ 80

4.5.2. Calor Específico ........................................................................................................... 82

4.5.3. Difusividade Térmica .................................................................................................. 83

4.5.4. Termogravimetria (TGA)............................................................................................. 84

5. CONCLUSÕES .............................................................................................................. 86

6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ........................................................ 88

7. REFERÊNCIAS ............................................................................................................... 89

1

1 INTRODUÇÃO

Diante da busca incessante por novos materiais que possam atender às mais variadas

necessidades da sociedade, além de buscar cada vez mais o aprimoramento das propriedades

dos materiais já conhecidos atualmente, uma maneira bastante utilizada para a obtenção de

melhoramentos nos materiais são os compósitos, os quais são definidos como sendo qualquer

material multifase que exibe uma proporção significativa das propriedades de ambas as fases

que o constituem, de modo tal que é obtida uma melhor combinação de propriedades

(CALLISTER, 2013).

Ainda segundo Callister (2013), os compósitos híbridos são aqueles formados por dois

ou mais tipos de fibras diferentes em uma única matriz. Esses compósitos híbridos tendem a

apresentarem melhores combinações globais de propriedades do que os compósitos formados

por apenas um tipo de fibra.

Ainda na esfera ambiental, buscam-se soluções para a reutilização de plásticos, onde o

consumo esmagador de Polietileno tereftalato grau garrafa (PET) constitui capítulo à parte

entre as resinas produzidas no país. Embora o país consiga reciclar mais da metade da

produção de PET, ainda é muito elevado o volume deste material em forma de garrafas, sendo

necessário que existam também alternativas de seu reuso além da via de reciclagem.

Apesar do benefício da resina PET poder ser utilizadas em inúmeras aplicações

(abrigos, aerofólios, artigos esportivos, barcos, tanques, pias, banheiras e caixas d’água, entre

outras) e sob diversos processos (laminação manual, spray up, enrolamento filamentar,

pultrusão, prensagem a frio e prensagem a quente), sua participação no mercado está

estagnada devido à falta de regularidade no fornecimento do material para reciclagem, e

também da qualidade ainda duvidosa de alguns insumos (Revista Plástico Moderno, 2011).

Não obstante, os compósitos reforçados com fibras naturais podem ser alternativas

técnica e economicamente viável, em relação àqueles que usam fibras sintéticas, como a fibra

de vidro. A incorporação de materiais ligninocelulósicos como componente reforçante em

compósitos poliméricos tem recebido crescente atenção devido a vantagens importantes

como: baixo custo, baixa densidade, boa resistência mecânica, baixa abrasividade aos

equipamentos de processo, ser proveniente de fonte renovável de matéria-prima, ser

biodegradável, atóxica, não poluente e etc.

Dentro desta vertente citada acima, a fibra natural da piaçava é um poderoso elemento

estrutural, além de ser de fácil obtenção. O principal período de safra da piaçava ocorre entre

2

os meses de março e setembro, devido às condições climáticas favoráveis ao seu cultivo no

período. Entretanto, colheitas em menores proporções são possíveis ao longo do ano inteiro.

Dessa forma, neste trabalho é abordado um material compósito produzido a partir de

fibras naturais de piaçava e fibras de PET com base em uma matriz polimérica.

1.1. Objetivos

1.1.1. Objetivo Geral

Desenvolver um compósito de matriz polimérica epoxídica com fibras de PET pós-

consumo e fibra natural de piaçava.

1.1.2. Objetivos Específicos

- Obter filamentos com elevada relação comprimento/largura oriundos de pet pós-

consumo para aplicação como reforço;

- Conduzir os filamentos do PET a lixamento superficial para beneficiamento da

adesão das fibras a matriz;

- Obter fibras de piaçava e realizar uma seleção;

- Confeccionar placas para ensaio do compósito utilizando o reforço em forma tecido

trançado Produzidos através do método de RTM (Resin Transfer Molding);

- Estudar o comportamento da adesão entre as camadas através de estudos

micrográficos;

- Caracterizar os compósitos produzidos.

3

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo apresenta-se uma revisão bibliográfica sobre o tema estudado, por meio

da qual buscou-se demonstrar algumas das inúmeras aplicações, bem como históricos de

produção e características dos materiais em estudo. Nessa conjectura, podem-se observar

alguns pontos iniciais que viabilizam ou não o uso de determinados produtos ou insumos,

assim como as limitações da produção dos corpos de prova e do produto final.

2.1. Materiais Compósito

Dentre os grandes avanços tecnológicos ocorrentes nos últimos tempos na área de

materiais, pode-se observar a enorme invasão do mercado dos materiais compósitos, isso

porque essa linha de materiais possibilita uma enorme variedade de propriedades associadas,

isso apenas diversificando os produtos empregados (matriz e reforço), ou simplesmente as

proporções dos materiais.

Existem relatos da utilização dos materiais compósitos desde o Egito antigo, na

fabricação de tijolos. Ou ainda no império Romano, na fabricação das espadas dos guerreiros,

feitas de cobre e outros tipos de metais (REVISTA ABENDI, 2016).

Callister (2013) define compósito como sendo qualquer material multifásico que exiba

uma proporção significativa das propriedades de ambas as fases que o constituem, de tal modo

que é obtida uma melhor combinação de propriedades.

De Acordo com Câmara (2015), as propriedades dos compósitos dependem

fundamentalmente da forma como os componentes individuais interagem entre si, os quais

dependem basicamente dos seguintes fatores: Propriedades dos componentes individuais,

porosidade, orientação e disposição do reforço, grau de interação entre as fases (características

da interface) e o grau de homogeneidade e dispersão da mistura.

Silva (2014) lembra que viscosidade e a cinética de cura são importantes no

processamento e a interação fibra/resina está relacionada com o desempenho do compósito.

Segundo Filho (2015) a finalidade das formulações dos materiais compósitos consiste

em agregar características específicas de cada um dos materiais utilizados para a obtenção de

um material resultante. E ainda que as características dos compósitos dependerão dos materiais

utilizados em suas formulações, bem como da aplicação desejada.

4

Em suma, materiais compósitos são estruturas formadas por pelo menos duas fases

(Reforço e matriz), os quais resultam em um material com características distintas das fases que

os constituem.

A seleção de um reforço e de uma matriz para um compósito não é arbitrária, uma vez

que as duas ou mais fases devem ser escolhidas equacionando a eficiência desejada para o

material (SILVA, 2014).

Quanto à disposição do reforço, é possível citar algumas disposições comummente

utilizadas em compósitos de estruturas macroscópicas.

No caso de reforço particulado as maiores aplicações são na forma de partículas

dispersas aleatórias, em que é disposto aleatoriamente o material do reforço e em seguida

lançado a matriz sobre este (Figura 1).

Figura 1. Disposição de reforço particulado na matriz.

Se tratando de fibras contínuas, têm-se três disposições usuais, que são: As fibras

ordenadas unidirecionais (Figura 2a); Fibras ordenadas bidirecionais, que normalmente se

apresentam transadas (Figura 2b); Ou ainda a disposição aleatória (Figura 2c). Nessas

configurações citadas, existe uma expectativa de maiores resistências mecânicas nos reforços

bidirecionais trançados, isso porque essa configuração tenderá a causar um intertravamento das

fibras entre si, pois estas ficam entrelaçadas e consequentemente amarradas umas nas outras.

Figura 2. Disposição de fibras contínuas em compósitos. a) Unidirecional, b) Bidirecional,

c) Aleatório

a) b) c)

5

Os tecidos trançados planos são formados por trama e urdume. Pela definição de

Pereira (2009), Os fios dispostos no sentido horizontal são chamados de fios de trama e os

fios dispostos no sentido vertical são chamados de fios de urdume.

Os compósitos reforçados com fibras naturais podem ser alternativas, técnica e

economicamente viável, com relação àqueles que usam fibras sintéticas, como a fibra de

vidro. A incorporação de materiais ligninocelulósicos como componente reforçante em

compósitos poliméricos tem recebido atenção crescente devido ao volume de aplicações e

vantagens, tais como: baixo custo, baixa densidade, boa resistência mecânica, baixa

abrasividade aos equipamentos de processo, ser proveniente de fontes renováveis de matéria-

prima, ser biodegradável e não tóxicas ou poluentes, de modo que o seu descarte não acarreta

problemas ambientais.

As propriedades mecânicas dos compósitos dependem de diversos fatores, tais como o

tipo, volume, orientação, dispersão da fibra curta na matriz polimérica, bem como a afinidade

química entre fibra e matriz. A melhora das propriedades do produto final pode ser

conseguida através da incorporação de fibras vegetais tratadas superficialmente com agentes

de acoplamento a fim de aumentar a adesão interfacial entre fibra e matriz.

Com o objetivo de obter um elevado desempenho mecânico, a utilização simultânea de

mais de uma fibra de reforço, ou então a utilização de lâminas de fibras contínuas reforçadas

por partículas, nano partículas ou fibras descontínuas pode ser recomendável. (SILVA, 2014).

2.1.1. Processos de Fabricação de Compósitos

Um fator importante e que merece uma atenção especial é o processo de fabricação

dos compósitos. Em uma grande diversidade de matrizes e de reforços existentes para

pesquisas, uma vasta opção de formas de produção é utilizada, de acordo com a necessidade e

qualidade desejada.

A confecção dos materiais compósitos poliméricos seguem basicamente dois formatos

de trabalho no que diz respeito aos moldes: Moldes abertos e moldes fechados.

Alguns dos processos em moldes abertos que pode-se citar são: Hand-lay-up

(laminação manual); Spray-up (pistola); Centrifugação (corpos ocos); Filament Winding

(enrolamento).

Já nos processos em moldes fechados (Onde normalmente tem-se uma qualidade de

produtos superiores) tem-se: Moldagem por Compressão (SMC, BMC, HMC); Injeção (RTM,

RIM, R-RIM); Pultrusão (perfis em T, L, U, etc).

6

Além dos processos citados, existe uma vasta lista de metodologias de fabricação,

alguns mais simples, outros mais complexos, para determinados tipos de materiais ou para

cada configuração de partículas (Reforço), bem como para cada matriz.

2.1.1.1. RTM (Resin Transfer Molding)

Nesse processo de produção de compósito em molde fechado tem-se a injeção de

resina (Matriz) em um reservatório confinado onde já se encontram as fibras (Reforço/carga)

em sua configuração desejada. Após a mistura dos materiais, espera-se o tempo de cura da

resina para que seja desenformado o material finalizado.

Em algumas situações é possível que a mistura da resina com o catalisador seja feita

durante o processo de injeção da matriz, como foi proposto por Miranda (2015) em seu

trabalho, que pode ser observado na Figura 3.

Figura 3. Esquema representativo do processo RTM proposto por Miranda (2015).

Fonte: Miranda (2015) adaptado

Miranda (2015) comenta ainda que o processo citado tem suas vantagens ampliadas

quando se leva em conta a viabilidade de o projetista desenvolver materiais para aplicações

específicas, ou seja, projetar o material compósito com propriedades previamente

estabelecidas para satisfazer condições locais e específicas de carregamento.

Esse tipo de processamento comumente apresenta melhores resultados de qualidade,

isso porque da técnica RTM são minimizar espaços vazios, comumente encontrados em

compósitos processados por compressão, o que é conseguido com cuidados na temperatura e

na velocidade do fluxo de resina injetada, no controle das emissões de voláteis, bem como da

temperatura de polimerização (MILANESE, 2012).

Ainda de acordo com Milanese (2012), para que se garanta essa qualidade dos

compósitos produzidos por RTM, devem ser consideradas as variáveis envolvidas no processo

como: as localizações dos orifícios de injeção e respiro do molde, pressão de injeção,

temperatura do molde, geometria do molde e as matérias-primas empregadas.

7

2.2. Matriz

Os compósitos poliméricos que possuem fibras, a fase da resina como matriz possui

múltiplas funções, onde pode-se destacar: o material tem ductilidade e baixo módulo de

elasticidade; protege as fibras de danos mecânicos e de reações químicas; mantém as fibras

unidas e ainda transfere as tensões de uma fibra para outra (NOCERA, et. al, 2013)

De maneira geral, a matriz escolhida para a produção de um compósito apresenta-se

inicialmente em uma forma líquida (De preferência com a mínima viscosidade possível) para

que facilite a cobertura do reforço/carga. Após a mistura dos materiais, essa matriz enrijece

através de um processo de cura que varia de um material para outro.

Carvalho (2008) define as matrizes como compostos orgânicos de elevado peso

moleculares, produto de reações de polimerização por adição ou condensação tendo diversos

compostos como base.

O mercado oferece uma grande variedade de produtos aptos a serem usados como

matrizes em compósitos. Uma grande aplicação é com as resinas poliméricas.

Das grandes variedades de matrizes poliméricas possíveis para a produção dos

compósitos, tem-se algumas que se apresenta em maior uso numa vasta quantidade de

aplicações (policarbonato, poliuretano, poliestireno, polipropileno, epóxi, etc.), cada um com

suas propriedades e características específicas e apropriadas para as mais diversas aplicações.

Araújo (2001) apresenta os principais tipos de matrizes utilizadas em materiais

compostos, o que pode ser observado na Tabela 1.

Tabela 1. Principais tipos de matrizes.

TERMOPLÁSTICOS

Polipropileno (PPS) Poliamidas (PA) Polisulfeto Fenileno

Policarbonato (PC) Polisulfonas (PSU)

Poliésteres saturados (PET – PBT) Poliesterecetona (PEEK)

Poliacetais (POM) Polímeros fluorados

TERMOENDURECÍVEIS ESTÁVEIS

Fenoplástica (PF) Poliésteres Insaturados (UP) Poliamidas (PI)

Poliepóxidos (EP) Poliesterilpirioninas (PSP)

ELASTÔMEROS

Poliuretanos (PU) Silicones (SI)

Fonte: Araújo (2001) adaptado

8

Os termoplásticos são compostos de cadeias longas, produzidas pela união de

monômeros que tem comportamento plástico e dúctil. Na presença de calor os termoplásticos

amolecem e se fundem novamente, podendo adquirir diversas formas (ASKELAND et al,

2013).

Os Termoendurecíveis estáveis, Também chamados de termorrígidos ou termofixos,

são compostos por longas cadeias de moléculas muito ligadas umas as outras para formar

estruturas de rede tridimensional. Na presença de calor esse material não se funde, ao invés

disso, começa a se decompor (ASKELAND et al, 2013).

Já os elastômeros que são conhecidos como borrachas, tem uma deformação elástica

superior a 200%. As cadeias poliméricas comportam-se como molas que se deformam de

forma reversível com a aplicação de uma tensão mecânica (ASKELAND et al, 2013).

2.2.1. Resina Epóxi

A resina epóxi é um plástico tipicamente utilizado como matriz de diversos materiais

compósitos para aplicações diversas na engenharia. Sua vasta utilização pode ser explicada

em função de suas propriedades, caracterizadas pelas boas resistências térmica e mecânica,

alem de ser um material de boa moldabilidade, visto que apresenta-se inicialmente em um

estado líquido, solidificando-se após uma reação química que o transforma em um material

termoplástico de ótimas propriedades de estudo.

As resinas epóxis são termofixos em forma de líquido viscoso ou sólidos quebradiços

(SANTOS, 2005). O mesmo autor cita que esse tipo de material começou a ser explorado na

década de 30 pela I.G Farbenindustrie.

Pela definição de Odian (2004), a resina epóxi é normalmente formada por uma reação

da epicloridrina com o bisfenol A.

A equação de formação deste polímero pode ser observada segundo Odian (2004) na

Equação 2.1.

(2.1)

Epicloridrina Bisfenol A

9

Existem vários tipos de resinas epóxi, com diferentes propriedades. Cada fabricante

apresenta uma série de formulações para cada aplicação desejada. Dentre as várias aplicações

deste material, pode-se citar a produção de pranchas de surf, produção de tintas, revestimentos

de tubo e ultimamente tem crescido bastante a aplicação como revestimentos de pisos, são os

chamados “porcelanatos líquidos”, que na verdade não é exatamente um porcelanato, mas sim

a aplicação de rezina epóxi sobre um piso nivelado ou não.

Segundo kersting (2004) as resinas epóxis comerciais são, de forma geral, compostos

ou misturas de compostos contendo mais de um grupo epóxi por molécula, ou a combinação

de grupos epóxidos com grupos de hidroxilas. Tais composições, com a adição de

endurecedores ocorre a formação de uma rede infusível de moléculas ligadas entre si, de

forma tridimensional, resultando na resina epóxi reticulada.

Esse tipo de aplicação em piso apresenta algumas vantagens, dentre elas pode-se citar:

o poder de auto nivelamento, visto que por se tratar de um material líquido durante a

aplicação, este irá escoar nivelando toda a superfície; Após a cura da resina, a superfície ficará

completamente polida e sem emendas (Como normalmente se observa nos revestimentos

cerâmicos); Além de poder ser feito uma infinidade de colorações ou desenhos nos pisos, a

gosto do decorador.

As resinas Epóxi são uma das mais importantes classes de polímeros termoestáveis

usados para aplicações estruturais ou como adesivos, pois mostram alta forca de tensão e

módulo, fácil processamento, boa resistência química e térmica (NASCIMENTO, 2009).

Ribeiro (2016) relata que a resina epóxi líquida é muito utilizada em laminados de

fibras sintéticas, como a de vidro, carbono e kevlar e também com as naturais, como juta,

sisal, algodão, etc. Devido a sua alta resistência mecânica e química, ela é utilizada em

laminados especiais onde as resinas convencionais de laminação, como os poliésteres

insaturados, não atendem o necessário. São muito utilizados em tubulações, tanques,

aeronaves, embarcações e veículos de alta performance.

Remetendo-se na parte estrutural, o epóxi possui baixa densidade, fácil moldabilidade,

elevadas resistências térmicas e mecânicas (como já comentado anteriormente), além de poder

ser facilmente aplicado juntamente com outros materiais, combinando assim suas

propriedades e produzindo compósitos com propriedades bastante particulares.

10

2.3. Reforços/Cargas em Compósitos

Tão cauteloso quanto à escolha da matriz para um compósito, é a escolha do

reforço/carga. De maneira geral tem-se os reforços naturais e os sintéticos. Dentre os naturais

existem uma vasta quantidade de tipos, com as mais diversas especificações de propriedades

(Fibra de sisal, fibra de bananeira, fibra de coqueiro, fibra de piaçava, entre outras). Já nas

sintéticas, existem muitos produtos utilizados comummente, e outros sendo desenvolvidos os

reaproveitados (Fibra de Vidro, fibra de Kevlar, Fibra de carbono, etc).

Milanese (2012) lembra que as fibras naturais apresentam inúmeras vantagens, tais

como: baixa massa específica, fácil manuseio, provem de fonte renovável, atuam como

isolantes térmicos, elétrico e acústico, não são toxicas, alem de apresentarem baixo custo,

quando comparadas com as fibras sintéticas.

2.3.1. PET

O PET é um polímero linear que pode existir tanto no estado semicristalino quanto

amorfo. O máximo nível de cristalinidade que pode ser alcançado pelo PET é de 55%, porém

a cristalinidade alcançada pelas garrafas de refrigerante feitas de PET é normalmente em

torno de 25%. A taxa de cristalização, relativamente alta é de importância a medida que a

cristalização favorece o espalhamento de luz e varia as condições de processabilidade. A

cinética de cristalização do PET é função de vários parâmetros como a história térmica

anterior, a aditivação, a presença de agentes de nucleação, as condições de processamento;

orientação de cadeias e a umidade. Estudos sobre a cristalização do PET virgem e do

reciclado mostraram que para este último a taxa de cristalização é bem maior.

Os materiais básicos para produção do PET são o petróleo e gases naturais liquefeitos

(etano, butano, propano). O para-xileno, derivado de óleo cru, é oxidado em TPA, que é então

purificado ou esterificado em DMT. Etileno advindo tanto de óleo cru como de gases naturais

liquefeitos é oxidado, em óxido de etileno, e então hidratado em etilenoglicol. O ácido

tereftálico utilizado deve ser extremamente puro, pois pequenas quantidades dos isômeros

“meta” ou “para” podem alterar drasticamente a configuração do polímero. Porém, tais ácidos

são difíceis de purificar devido à sua baixa solubilidade e elevado ponto de fusão

(PRAXEDES, 2014).

De acordo com Odian, (2004), o PET é o poliéster de maior importância comercial, e

dois processos são usados para sua síntese. Um processo baseado no tereftalato de dimetil

(DMT) e outro baseado no ácido tereftalato (AT), onde o DMT foi o primeiro processo a ser

11

comercializado. O processo de DMT é dividido em dois estágios, o primeiro apresenta

temperaturas entre 150°C e 210°C (Equação 2.2). Já no segundo estágio, a temperatura do

processo encontra-se entre 270°C e 280°C (Equação 2.3).

(2.2)

(2.3)

As propriedades físicas e mecânicas do polímero dependem fundamentalmente do

peso molecular médio das moléculas obtidas através do processo de polimerização.

Devido as suas excelentes propriedades o Poli (tereftalato de etileno)- PET é colocado

como um importante substituto de materiais como vidro, PVC, latas de aço e alumínio, sendo

utilizado em diferentes setores na indústria de embalagens (alimentícias, químicas, cosméticas

e farmacêuticas).

Sua alta resistência mecânica, pontualmente, pode assemelhar-se com alguns metais.

Segundo Callister (2013) as temperaturas de transição vítrea (Tg) do PET é de 69°C e de fusão

cristalina (Tm) de 265°C.

Odian (2004) explica que o PET pode ser usado sem alteração de suas propriedades

físicas em temperaturas entre 140 e 155°C. O PET Possui boa resistência química, embora

possa sofrer hidrólise na presença de água. Além disso, apresenta boa recuperação das

deformações causadas pelo uso, o que é muito importante para aplicações na área de fibras. A

excelente transparência no estado amorfo, aliada a propriedade de baixa permeabilidade a

gases (principalmente O2 e CO2), torna este plástico fundamental para o desenvolvimento da

indústria de garrafas para refrigerantes no mundo todo.

Além disso, a fibra de poliéster, como é conhecida, é bastante comum na indústria de

tecidos e malhas (confecção de roupas), fabricação de carpetes e tapetes, forros, enchimentos,

etc.

A leveza do PET permite produzir garrafas e frascos de alta capacidade volumétrica,

com perfeita manutenção da segurança em todas as etapas (envase, empacotamento,

distribuição, utilização final pelo consumidor), (ABIPET,2011).

Devido sua grande utilização (principalmente em garrafas de refrigerantes), o mundo

tem buscado cada dia uma forma diferente de reaproveitar esse material que tem sido de

grande importância para a indústria, ao mesmo tempo em que tem representado grandes

COOCH3CH3OCO 2HOCH2CH2OH+ HOCH2CH2OCO COOCH2CH2OH + 2CH3OH

COOCH 2CH2OHnHOCH 2CH2OCO + (n-1)HOCH 2CH2OHH OCOH 2CH2COH CO OCH2CH2OH

n

12

problemas ambientais. Isso porque sua degradação na natureza demora centenas de anos para

ocorre, o que causa um grande acúmulo de resíduos.

Atualmente muitas empresas estão se especializando na reciclagem desse tipo de

material, seja por reaproveitamento do material apenas por tratamentos mecânicos, ou na

reciclagem através de processos químicos, onde tem-se a degradação do PET para a posterior

recomposição, formando novos materiais ou mesmo novas garrafas prontas para uso

novamente.

Dentre os vários usos do PET reciclado pode-se citar a produção de vassouras com as

garrafas fatiadas (Figura 4), ou ainda uma série de produtos de artesanato.

Figura 4. Vassouras produzidas com PET reciclado.

Fonte: TV artesanato passo a passo (2015)

2.3.2 Piaçava

Aquino (2003) faz um apanhado sobre as palmeiras, onde estas são plantas muito

úteis, tanto pelo valor ornamental, como comercial e industrial. Entre as utilidades mais

importantes, citam-se: cera vegetal, óleos diversos, azeite comestível, materiais para

13

construção e outras finalidades como: marfim vegetal para fabrico de botões, frutos para

confecção de doces, palmito para alimentação, fibras para diversos fins, e outros.

Mota (2016) ressalta que inúmeros artefatos como bolsas, mantas, cordas, redes,

pinceis, cestos, etc., já são manufaturados e comercializados no mundo há centenas de anos. A

mesma autora cita ainda que as fibras vegetais possuem uma baixa massa específica, são

recicláveis, não tóxicas e possuem um baixo custo.

A fibra de piaçava é uma fibra lignocelulósica extraída das folhas de uma palmeira de

ocorrência natural na Mata Atlântica brasileira. O nome científico desta palmeira é Attalea

Funifera Martius.

Segundo Aquino (2003) a fibra de piaçava possui cerca de 48,38% (±0,37%) de

lignina, 31,62% (±0,45%) de Celulose, 10,54% (±0,22%) de hemicelulose e 0,72% (±0,04%)

de cinzas.

A utilização desta palmeira varia de acordo com o produto retirado. Das folhas da

palmeira (Que apresenta características mais flexíveis e largas) são produzidas coberturas para

telhados, produção de bolsas, revestimento de cadeiras e uma série de outros artesanatos,

conforme observa-se na Figura 5. Já do caule da planta, são extraídos as fibras mais

conhecidos pela população, isso devido a sua aplicação mais evidenciado na produção de

vassouras e escovas de uso doméstico e industrial, o que pode ser observado na Figura 6.

Figura 5. a) Borra da piaçava b) Aplicação da borra da piaçava em coberturas.

a) b)

Fonte: MF Rural (2017)

14

Figura 6. a) Fado da fibra da piaçava b) Aplicação de piaçava em produção de vassouras.

a) b)

Fonte: Brasil piaçava (2017)

Nascimento (2009) cita algumas utilidades da piaçava, de onde tem-se: a fabricação de

vassouras, enchimento nos assentos de carros, cordoaria, escovões, cera vegetal, óleos

diversos entre outros.

Nascimento (2009) enfatiza as características da fibra de piaçava, onde as palmeiras,

em geral, produzem fibras longas, resistentes, rígidas, lisas, de textura impermeável e de alta

flexibilidade, essa árvore desenvolve-se bem em solos de baixa fertilidade e com

características físicas inadequadas para a exploração econômica de muitos cultivos.

A fibra de piaçava apresenta espessuras variadas. Em uma amostra da fibra, pode-se

perceber variações da ordem de décimos de milímetros até 4 milímetros de diâmetros.

No Brasil, a produção da piaçava se concentra em quatro estados (Bahia, Amazonas,

Maranhão e Acre), sendo que a maior concentração (96% do total do país) se deve ao estado

da Bahia (IBGE, 2015).

O tipo de piaçava encontrada na Bahia desenvolve-se bem em climas quentes (24°C) e

sempre úmidos (umidade relativa do ar acima de 80%), pertencendo à espécie das palmáceas

e tendo a vantagem de ser impermeável, de conservar sua elasticidade quando umedecida e de

15

formar fibras longas (alcançam até 4 metros de comprimento e têm cerca de 1,1 milímetro de

espessura) (D’Almeida et al., 2006).

2.4. Estado da Arte

Segundo Monteiro et al. (2006) Compósitos de matriz poliéster reforçada com fibras

contínuas e alinhadas de piaçava apresentam um elevado aumento na tenacidade ao entalhe,

medida pela energia de impacto Charpy, quanto maior for a fração incorporada, até pelo

menos 40% em peso de fibra de piaçava.

Vários estudos vem sendo realizados para aproveitamento de resíduos industriais. A

piaçava tem um espaço nesse aspecto de resíduos industriais. Avelar, (2008) já estudou o

reaproveitamento de resíduos industriais de piaçava oriundos da produção de vassouras. A

autora comprovou que as fibras de piaçava, resíduos da indústria de vassouras, são bons

precursores na preparação de carvões ativados, apresentando alto rendimento. Observou-se

também que os carvões ativados quimicamente tiveram maior rendimento que os ativados

fisicamente.

Souza (2012) evidenciou que com a adição de fibras de piaçava em uma matriz já

reforçada com EVA em uma proporção do primeiro reforço previamente idealizada

apresentou um ganho na resistência á tração na flexão, sendo os maiores ganhos associados à

adição de 2% de fibras. Na compressão, na maioria dos casos, observou-se pequenas quedas

nas resistências com a incorporação de fibras na matriz com EVA, mostrando que a adição de

fibras curtas de piaçava lançadas randomicamente na matriz (nas condições de incorporação

realizadas - 1% e 2%) não gera efeitos significativos sob a resistência à compressão

Compósitos fabricados com fibras contínuas e alinhadas de piaçava reforçando matriz

epoxídica podem ser reforçados desde que a fração de fibras seja superior a 10% em volume.

A fraca interface fibra/matriz permite que trincas iniciem propagação a tensões relativamente

baixas podendo acarretar súbita ruptura no caso de frações de piaçava até 10%. Por outro

lado, a fibra também tem um papel de obstáculo à propagação de trincas que, no caso de

frações acima de 20%, contribui para um efetivo reforço no compósito (NASCIMENTO,

2009).

Segundo Bonelli et al. (2005) em compósitos em matriz de polietileno, ocorre uma

leve diminuição na estabilidade térmica do material após adição de até 15% de fibra de

piaçava, o que não chega a comprometer o processamento e moldagem de placas dos

compósitos a temperaturas de 160 e 190°C , respectivamente.

16

Um compósito fabricado com fibras de PET oriundos do aproveitamento de garrafas

de refrigerante em uma fração volumétrica de fibra de 30% na presença de uma matriz

epoxídica apresenta uma resistência superior quando comparado a uma fração de 70% de

fibras de PET, podendo este comportamento ser atribuído a escassez de matriz na zona de

transição matriz/fibra (BARROSO ET. AL, 2010).

Pereira (2016) desenvolveu um compósito híbrido de caráter sustentável com matriz

de poliéster reforçado com fibras de PET e partículas de sílica que se mostrou bastante

promissor para uso na engenharia, podendo variar a sua composição em função das exigências

estruturais demandadas no projeto. Em geral, o uso de fibras de PET no polímero poliéster

permitiu o aumento da rigidez, resistência à flexão e ao impacto, além de reduzir os custos do

material matriz.

Em um compósito com PET reciclado processado atuando como matriz e reforço de

flocos de vidro desenvolvido por Moura (2011) observou-se que a resistência à tração do

compósito era diminuída com o aumento da presença de PET processado, isso porque a

interação fibra/matriz apresentou uma pobre interação mecânica.

Guimarães et. al (2016) produziu um compósito com blenda de PET reciclado e PEAD

(Polietileno de alta densidade) como matriz de um compósito em reforço de fibra de

bananeira e observou que as blendas apresentaram, em geral, um comportamento

intermediário ao dos componentes puros, ao mesmo tempo que As análises térmicas de TGA

sugerem que composições com menor percentual de fibra, sem tratamento alcalino, possuem

melhor estabilidade térmica.

De acordo com Nonato et al. (2016) fibras PET podem ser usadas como reforço em

compósito na matriz de polipropileno, usando-se teores adequados de agente

compatibilizante.

Para Toquero et al. (2016) A preparação e caracterização de compósitos utilizando

PET reciclado e PEAD como matriz polimérica e resíduos de fibras de piaçava como reforço,

mostra-se viável, pela boa estabilidade térmica e facilidade da preparação.

Faria (2007) cita que os polímeros se destacam entre os materiais utilizados para

matrizes, que são, com ampla margem de diferença, os mais empregados na fabricação de

compósitos reforçados com fibras. E dentre as matrizes poliméricas, as mais empregadas em

compósitos reforçados com fibras, são as resinas de poliéster insaturado e as resinas

epoxídicas.

17

Para Soares (2012) A resina epóxi possui uma boa compatibilidade com fibras

vegetais, boas propriedades mecânicas. Cita ainda que o epóxi é a resina de maior uso como

matriz nos compósitos para reforço estrutural.

Silva (2014), aplicou um compósito com matriz epoxídica e reforço com fibras de

curauá para aplicação em blindagem contra disparos de arma de fogo. No referido trabalho, as

fibras naturais tiveram papel importante na absorção da energia do impacto dos projéteis,

além de impedir que a matriz (Epóxi) estilhaçasse, fazendo a retenção dos fragmentos do

material.

2.5. Caracterização de Materiais

No tocante do desenvolvimento e caracterização de materiais, precisa-se de

parâmetros para qualificar esse material e assim poder determinar até onde esse material irá

atender às necessidades da aplicação. Para encontrar esses parâmetros faz-se necessário a

realização de testes de propriedades e assim poder comparar os valores com as propriedades

de outros materiais, bem como estimar quanto de material deve ser aplicado para atender aos

requesitos da aplicação.

Diante do exposto, tem-se a seguir uma série os ensaios realizados na caracterização

destes materiais, bem como as normas que regulamentam cada teste (Quando existente).

2.5.1. Absorção de Água

Vários materiais possuem a capacidade de absorver umidade em sua estrutura, isso se

deve aos vazios presentes em sua composição que tendem a acumular determinadas partículas

quando na presença de outros tipos de elementos. De forma geral, para os casos de aplicação

estrutural, não é interessante a presença de vazios nos compósitos, quanto maior for a

capacidade do material de absorver umidade, mais distante de suas características originais

esse material irá se encontrar.

Santos, 2012 cita que a absorção de água em material compósito ocorre

principalmente por três mecanismos, que são eles: Difusão das moléculas de água para dentro

dos vazios; Transporte por capilaridade para Lacunas e interstícios da interface fibra-matriz

devido à baixa molhabilidade e incompleta impregnação das fibras pela matriz; e transporte

das moléculas de água através de microfibras presentes na matriz, proveniente de defeitos

durante o processo de produção do compósito.

18

Dessa forma, a absorção de água é uma medida em percentual de variação de massa do

material quando imerso em água. Esse percentual representa a fração da capacidade que o

material tem de absorver água em sua estrutura.

A fração de absorção de água de um material é determinada pela divisão entre a massa

de uma amostra seca e sua massa após determinado tempo de inserção. O tempo de imersão

varia para cada material, o corpo de prova deverá ficar imerso em água até que pare de

absorver água.

2.5.2. Teor de Umidade

Para caracterizar o material, é interessante se conhecer o teor de umidade presente

dentro do material, ou seja, a quantidade de água que está presente e que existem caminhos

por dentro do material que possibilite sua saída para o meio.

É difícil controlar-se um ambiente sem a presença de umidade. Além de muitos

processos de produção de material liberar água como um dos rejeitos. Dessa forma após a

produção dos materiais é comum que exista uma parcela de umidade contida no interior da

estrutura.

Para conhecer as características de um material é necessário que seja conhecida essa

parcela de água presente em seu interior. Para isso é necessário medir a massa do material

antes e depois de um processo de secagem à altas temperaturas.

Ribeiro (2016) descreve o processo pela submissão dos corpos de provas previamente

limpos e secos a um aquecimento programado de 150°C durante 15 minutos. Ao final da

evaporação de toda a massa úmida, verifica-se o percentual de massa úmida presente no início

do processo. Esse valor é determinado através da diferença dos valores de massa obtidos antes

e depois do processo de secagem.

Na ausência de uma norma específica para tal ensaio, Ribeiro (2016) sugere corpos de

prova com dimensões de 25 mm X 15 mm X 2,5 mm (Comprimento X Largura X Espessura).

2.5.3. Densidade

A densidade é uma propriedade importante no tocante a materiais de aplicação em

engenharia. De forma geral, quanto mais “leve” for o material que se está sendo aplicado ao

projeto, menor será a massa total do sistema, dessa forma será possível que se tenha um

melhor aproveitamento de energia do processo como um todo, pois a energia que seria

19

utilizada para incrementar inércia ao sistema com uma massa elevada, agora poderá ser usada

para a conversão em trabalho durante o processo.

A densidade do material é definida pela quantidade de matéria que está presente por

unidade de volume do material, ou seja, para determinar-se a densidade de um material deve-

se dividir a massa deste por seu volume ocupado.

Júnior (2005) determina a densidade do material por um procedimento que se baseia

na teoria do empuxo Arquimedes. E de tal maneira a densidade é calculada pela Equação 2.4.

(2.4)

Onde:

mA = Massa da amostra seca (g).

mF = Massa do fio que prenderá a amostra parcialmente imerso em água (g).

mFA = Massa do fio juntamente com a amostra, ambos imersos em água (g).

mv = Densidade volumétrica do laminado em gramas por centímetro cúbico (g/cm3).

Na imagem da Figura 7 é possível observar o passo a passo desse teste.

Figura 7. Esquema de medição de densidade segundo Júnior, 2005

Fonte: Júnior, 2005

No mercado atual já existem algumas balanças (como por exemplo, a DSL 910 da

marca Gehaka) que fazem os procedimentos de cálculo citados anteriormente e dessa forma já

é fornecido de forma direta a densidade do corpo pela própria balança, eliminando assim a

necessidade dos procedimentos de cálculos pelo operador do processo.

2.5.4. Resistência Mecânica

Em desenvolvimentos de novos materiais para aplicação na engenharia, é de

fundamental importância a caracterização das resistências mecânicas destes, visto a grande

20

probabilidade destes produtos serem submetidos a esforços mecânicos em suas várias

aplicações.

Dessa forma, segue alguns esforços mecânicos comumente aplicados em materiais

estruturais.

2.5.4.1. Resistência à tração

No tocante da caracterização de um material, um dos primeiros esforços que se

imagina é a aplicação de forças axiais ao material. A aplicação de esforços de alongamento

em um material é denominado de esforços de tração.

Hibbeler (2010) lembra que os testes de esforços axiais são principalmente utilizados

para determinar a relação entre a tensão normal média e a deformação normal média em

muitos materiais de engenharia, tais como metais, cerâmicas, polímeros e materiais

compósitos.

A resistência a tração em uma medida de quanto de esforço o material suporta por

unidade de ária de atuação. Os esforços são uma medida de força enquanto que a área

analisada é correspondente à secção transversal à aplicação da força.

A resistência do material a esses esforços axiais é determinado pela tensão ao qual o

material está submetido. Essa tensão é expressa em Pa (SI) e definida pela Equação 2.5.

(2.5)

Onde:

σ = Tensão ao qual o material está submetido (Pa).

F = Força aplicada axialmente ao material (N).

A = Área da secção transversal do material (m²).

2.5.4.2. Resistência à compressão

Muitos esforços aplicados em corpos são forças que agem de fora para dentro do

material, diferentemente dos esforços de tração, que são forças que proporcionam o

desprendimento do material, com forças agindo de dentro para fora.

Muitas vezes, em aplicação de uma tenção de tração em um material, outros pontos

reagem com uma tenção de esmagamento (Isso caso a força não esteja centralizada ou se o

corpo não possuir estrutura uniforme)

21

Embora tenha definições bastante semelhantes aos carregamentos de tração (Isso por

também se tratar de forças axiais agindo sob o material), a reação do material aos esforços de

compressão (Força que tende ao esmagamento) é bem diferente dos esforços de alongamento.

Nesse carregamento o material tende à redução de seu comprimento, causando um

aumento da secção transversal e, se continuar os esforços, esse material tende a explodir, ao

invés de implodir, como no caso anterior.

A equação que rege esse tipo de esforço é a mesma utilizada para a determinação da

tensão de resistência à compressão citada anteriormente.

2.5.4.3. Resistência à flexão

Ainda continuando na ideia de caracterização das resistências mecânicas de um

material, pode-se citar a resistência à flexão. Assim como a tração, existem várias normas

para regulamentar a resistência à flexão de um material, isso de acordo com sua natureza.

Beer (2008) define flexão como sendo a aplicação de dois conjugados de forças ou

momentos, iguais e de sentidos opostos (M e M’), atuando no mesmo plano longitudinal,

conforme mostrado na Figura 8.

Figura 8. Material prismático submetido à flexão.

A resistência do material a esses esforços transversal é determinada pela tensão ao

qual o material está submetido. Essa tensão é expressa em MPa (SI) e definida pela Equação

2.6.

(2.6)

22

Onde:

σ = Tensão ao qual o material está submetido (Pa).

E = Módulo de elasticidade do material (Pa).

ε = Deformação ao qual o material está submetido (Adimensional).

Uma das grandes importâncias de um carregamento de flexão está relacionada às

tensões de tração e compressão que surgem no material durante um flexionamento. Tomando

por base a Figura 8, os esforços causados pelas forças F1, F2 e F3 geram dois momentos M e

M’ que promovem a compressão da região superior do corpo e o alongamento da região

inferior.

2.5.4.4. Resistência ao impacto

Uma quarta análise de resistência mecânica muito importante é até aonde o material

suporta esforços de impactos, esse resultado é determinante para saber se o material é capaz

de suportar aplicações em componentes submetidos a repentinas cargas de solicitação.

Considerando a barra BD de secção transversal uniforme, que recebe o impacto da

massa “m” que se move à velocidade V0, na extremidade B (Figura 9 a). A barra se deforma

pela ação do impacto (Figura 9 b) e ocorrem tensões no material que atingem o valor máximo

σm. Durante um certo tempo a barra permanece vibrando e quando entra em repouso, as

tensões desaparecem. Essa sequencia de eventos é chamada de carregamento produzido por

impacto ou choque (BEER, 2008).

Figura 9. Representação de um carregamento de impacto.

Fonte: Beer, 2008

23

Segundo Beer (2008), a tensão máxima no carregamento por impacto mostrado no

caso anterior (Equação. 2.7).

(2.7)

Onde:

σm = Tensão máxima ao impacto do material (Pa).

Um = Energia máxima dissipada no impacto (J).

E = Módulo de elasticidade do material (Pa).

m = Massa do corpo de choque (kg).

ʋ0 = Velocidade do choque (m/s).

V = Volume do corpo de prova (m³).

Segundo Hibbeler (2004), o carregamento de impacto ocorre quando um corpo atinge

outro, e assim, forças intensas desenvolvem-se entre eles durante um período de tempo muito

curto. Esse autor prefere analisar o impacto sob o ponto de vista de energia, e quantifica a

quantidade de energia que transferida ao material durante a colisão.

Dessa forma, a resistência ao impacto pode também ser quantificada como a energia

necessária para romper um material sob um carregamento repentino. Quanto maior for a

energia necessária para a ruptura de um material sob carga de impacto, maior será a

resistência deste a este tipo de carregamento.

2.5.4.5. Ensaio para determinação de dureza

Os testes de dureza de um material mostra a caracterização da superfície do corpo.

Existem vários tipos de durezas aplicadas na atualidade, dentre as várias pode-se citar:

Brinell; Rockwell; Meyer; Vickers; Shore, etc. Cada tipo de material far-se-á necessário um

tipo diferente de teste de dureza, de acordo com sua natureza.

O teste de dureza mede a resistência da superfície do material à penetração por um

objeto rígido. O resultado pode representar a resistência ou a impressões e ainda ser uma

medida qualitativa da resistência do material (ASKELAND et al, 2013)

De acordo com Callister (2013), a dureza é a medida da resistência de um material à

deformação de sua superfície por endentação ou abrasão.

Ainda de acordo com Callister (2013), os resultados de dureza são baratos, não

destrutivos e podem ser parâmetro para a determinação de outras propriedades, como por

exemplo, o limite de resistência a tração do material, Como pode ser visto na Figura 10, o

24

qual exibe o limite de resistência a tração de alguns metais em função do número de dureza

Brinell destes.

Figura 10. Relações entre a dureza e o limite de resistência a tração para aço, latão e ferro

fundido.

Fonte: Callister, 2013

2.5.5. Caracterização Térmica

Comumente os materiais compósitos são utilizados para isolamento térmico. Muitas

são as aplicações desses materiais na indústria.

Dessa forma, segue alguns ensaios térmicos bastante utilizados para a caracterização

de materiais.

2.5.5.1. Condutividade térmica

Dependendo da aplicação desejada, as propriedades térmicas de um material são de

grande importância em se conhecer. Das propriedades térmicas mais importantes em um

material, a condutividade, a resistividade térmica, a difusividade e o calor específico são as

que se destacam em grau de importância e aplicabilidade.

Incropera (2008) define a condutividade térmica como sendo uma propriedade de

transporte, o qual fornece a taxa com que a energia é transferida pelo processo de difusão do

25

material. A condutividade térmica do material depende de sua estrutura atômica, molecular e

física, o qual é relacionado com o estado do material.

Incropera (2008), ainda define a condutividade térmica pela lei de Fourrier, (Equação

2.8).

(2.8)

Onde:

kx = Condutividade térmica (W/m². K).

q”x = Taxa de transferência de calor por unidade de área no sentido “x” (W/m²).

= Derivada da temperatura em relação à distância “x” (K/m).

A condutividade térmica pode ser interpretada como a capacidade que uma material

tem de transportar energia térmica de um lado para outro de sua estrutura. Quanto maior a

condutividade térmica de um material, maior será a facilidade do calor fluir por seu interior.

2.5.5.2. Resistividade térmica

Aliado à condutividade térmica do material, tem-se sua resistividade, que nada mais é

do que o inverso da anterior. Tal propriedade caracteriza a dificuldade que o calor terá em

fluir ao longo do material.

Comunmente os autores costumam expressar a resistência térmica ao invés da

resistividade térmica. A diferença entre essas duas grandezas diz respeito é que a resistência

térmica é tratada como uma característica do corpo, enquanto que a resistividade é uma

característica do material.

Çengel (2012) define a resistência térmica através da Equação 2.9.

(2.9)

Onde:

RParede = Resistência térmica em uma parede (K/W).

L = Espessura da parede (m).

A = Área da parede em sua secção transversal ao escoamento de calor (m²).

k = Condutividade térmica do material (W/m. K).

A Figura 11 ilustra com melhor clareza tais referências.

26

Figura 11. Transferência de calor em uma parede plana

Fonte: Çengel, 2012

2.5.5.3. Calor específico

Cada material tem a capacidade de acumular diferentes quantidades de energia em

forma de calor em sua matéria, essa quantidade de energia armazenada em cada corpo está

relacionada com o calor específico do material.

Çengel (2013) define calor específico como sendo a energia necessária para elevar em

um grau a temperatura de uma massa unitária de uma substância.

Wylen (2013) lembra que existem dois tipos de calores específicos de maiores

importância em um material, são eles: calor específico a volume constante (cv) (Equação 2.10)

e o calor específico a pressão constante (cp) (Equação 2.11). Como o próprio nome já sugere,

cv seria a energia necessária para elevar a massa unitária em um grau quando o volume se

mantém constante, já o cp seria essa energia só que agora mantendo-se a pressão constante.

(2.10)

(2.11)

Onde:

cv = Calor específico a volume constante (kJ/kg.K).

cp = Calor específico a pressão constante (kJ/kg.K).

27

u = Energia interna específica (kJ/kg).

h = Entalpia específica (kJ/kg).

T = Temperatura (K).

2.5.5.4. Difusividade térmica

Agora fazendo uma análise conjunta das duas propriedades citadas anteriormente,

chega-se até a difusividade térmica, a qual pode ser definida como a velocidade com que o

calor se propaga em uma superfície.

Incropera (2008) traz a definição dessa propriedade como sendo a razão entre a

condutividade térmica e o produto do calor específico pela densidade do material (Equação

2.12).

(2.12)

Onde:

α = Difusividade térmica (m²/s).

k = Condutividade térmica (W/m.K).

ρ = Massa específica do material (kg/m³).

cp = Calor específico à pressão constante do material (kJ/kg.K).

2.5.5.5. Termogravimetria.

A termogravimetria é uma análise laboratorial utilizada para qualificar o material

quanto a sua degradação com a temperatura. Nesse ensaio é possível de perceber até que

temperatura o material irá suportar, para que dessa forma seja possível saber se o material

pode ser aplicado em determinadas temperaturas elevadas.

O TG, pode ser usado para medir qualquer reação ou alteração física envolvendo

mudança de massa. Tem sido empregada para medir taxas de absorção; quantidades de

contaminantes voláteis, de monômeros, de plastificantes, de aditivos, taxa de solubilidade de

gases e vapores em polímeros; constantes de difusão e permeação de gases e vapores através

de matrizes poliméricas dentre outros parâmetros. Uma aplicação tradicional do TGA é a

investigação de reações de degradação tennooxidativa em materiais poliméricos (GIRALDI,

2003)

28

2.4.6. Microscopia

A microscopia é um processo pelo qual é feita uma análise por imagem ampliada de

uma superfície, a fim de identificar imperfeições, bem com analisar a estrutura do material.

Em processos de análise de materiais, ao fim de várias caracterizações, é necessário

que se faça uma análise visual da formação das partículas. Dependendo da origem do

material, muitas vezes, uma análise a olho nu não é satisfatório para a verificação de pequenos

detalhes no material, sendo assim, surge a necessidade de utilizar equipamentos que façam

ampliação de imagem, a fim de mostrar melhor vários detalhes que a visão humana não é

capaz de identificar.

Para a ampliação dessas imagens, utilizam-se técnicas de microscopia para assim ser

possível a visualização de pequenos detalhes, como por exemplo, pequenos vazios no

material, ou imperfeições em sua estrutura, ou ainda má ligação entre os componentes que

formam o material, etc.

Na atualidade existem muitos equipamentos capazes de fazer essas visualizações,

alguns com resolução de ampliação na ordem de mil vezes e outros que trabalham na ordem

de cinco ou dez vezes. Dependendo do que se deseja visualizar, uma simples lupa já pode ser

suficiente para cumprir com a tarefa desejada, ou em outros casos mais específicos, apela-se

para microscópios eletrônicos que são capazes de ampliar uma imagem na ordem de milhares

de vezes.

A Prolab (2017) comenta em seu site uma alguns de tipos de microscópios existentes

atualmente no mercado e comercializados por esta, os quais são divididos em duas categorias,

Os microscópios de luz (microscópio ultravioleta, microscópio de fluorescência, microscópio

de contraste de fase e microscópio de polarização) e os microscópios eletrônicos

(Microscópio eletrônico de varredura – MEV e o microscópio eletrônico de transmissão –

MET).

De acordo com a Prolab (2017) o microscópio ultravioleta utiliza-se a radiação

ultravioleta, que tem um comprimento de onda para a luz visível, melhorando o limite de

resolução; No microscópio de fluorescência A observação dos espécimes é feita através da

fixação de substâncias fluorescentes (fluoro e cromos), que, ao receberem luz, podem ser

observados através do brilho gerado; O microscópio de contraste de fase Transforma

diferentes fases dos raios de luz em diferenças luminosas, permitindo a observação dos

espécimes através do contraste gerado; Na Microscopia de polarização ocorre a constituição

por dois prismas (um polarizador e outro analisador) este tipo de microscópio é utilizado na

29

observação de materiais birrefringentes (estruturas anisotrópicas, com índices diferentes de

refração como os ossos, músculos, fibras, cabelos, etc.); O MEV é possível de produzir

imagens em alta resolução, estes microscópios ampliam em até 100 mil vezes objeto e

permitem obter imagens tridimensionais, sendo bastante utilizados para a observação da

estrutura superficial da amostra; E por fim o MET, que permite examinar detalhes ínfimos,

ampliando o objeto em até um milhão de vezes. Seu funcionamento consiste na emissão de

um feixe de elétrons que interage com a amostra enquanto a atravessa, formando uma imagem

aumentada. Para a observação neste tipo de microscópio é necessário que o material seja

cortado em camadas bem finas. A Figura 12 apresenta uma amostra de alguns microscópios

comerciais

Figura 12. Microscópios: a) MEV (Unisinos, 2017) b) MET (Prolab, 2017) c) Microscópio

óptico (Prolab, 2017)

Fonte: PROLAB (2017) e UNISSINOS (2017)

a)

b) c)

30

3. MATERIAIS E MÉTODOS

Neste capítulo serão expostos todos os procedimentos para o desenvolvimento e

realização de ensaios de caracterização do compósito proposto.

Após todo estudo teórico realizado em torno de materiais compósitos, resolveu-se por

fazer a produção e comparação entre três configurações diferentes de materiais compósitos

sobre a mesma matriz (Resina Epóxi), além de comparar os resultados com a própria resina

sem adição de reforço a fim de verificar as variações de propriedades existentes entre os

materiais propostos.

Adotou-se para esse compósito o reforço/carga de fibra natural de Piaçava e fibras

sintética de PET (Polietileno tereftalato) reaproveitado de garrafas de refrigerante.

3.1. Obtenção do fio de PET

Todo o processo de estudo iniciou-se com a obtenção das matérias primas. O ponto de

partida para este trabalho foi o reaproveitamento do PET pós-consumo que além de apresentar

propriedades mecânicas já conhecidas, também são encontrados com facilidade em diversas

maneiras. A seleção do PET em questão foi feito primeiramente com relação exclusão de

substâncias que pudessem interferir no resultado, para tanto, usou-se apenas garrafas

transparentes, a fim de impedir qualquer interferência do corante usado nas coloridas.

Após serem coletadas as garrafas, fez-se a idealização do processo de obtenção de

fibras de PET através do processo de corte das garrafas. Para isso desenvolveu-se e construiu-

se um fatiador de garrafas com a finalidade de obter fios uniformes, longos e de pequenas

espessuras.

Após a construção do equipamento para cortar o PET foram produzidos os filamentos

e em seguidas produzidos os corpos de prova para ensaios nas diversas configurações e

proporções propostas pela pesquisa.

3.1.1. O Fatiador de Garrafa PET

Com a ideia de produzir os filamentos, desenvolveu-se o projeto do equipamento de

fatiar o PET com uma configuração de fácil manuseio e simples montagem. A grande

dificuldade do projeto do fatiador foi conseguir algo que possibilitasse a produção de fios

contínuos e de espessuras padronizadas além de ser o mais fino possível, para que possa ser

comparado com um fio, e não com uma placa.

31

Após as análises chegou-se a um modelo bastante satisfatório para o dispositivo, o

qual pode ser observado de acordo com o desenho do projeto exposto na Figura 13.

Figura 13. Projeto do fatiador de garrafa PET.

O modelo precisava satisfazer a condição de fatiar garrafas de vários diâmetros,

visando o reaproveitamento dos diversos modelos e tamanhos de garrafas existentes no

mercado, já que uma das propostas do trabalho é o reaproveitamento desse insumo que existe

em abundancia e que muito se pensa em como dar destino a todo esse rejeito da população.

Partindo da ideia citada, iniciou-se o processo de seleção dos materiais adequados para

a confecção do aparato. Assim foi montado o equipamento como está exposto na Figura 14.

Figura 14. Fatiador de garrafa PET.

1

4

3

2

32

Na Figura 14 é possível observar no equipamento os componentes que o constituem:

Base e estrutura de madeira (1); Um tubo de PVC cortado paralelamente ao meio para fazer a

fixação da garrafa durante o processo de corte (2); Uma lâmina de estilete (responsável pelo

corte do pet); E parafusos para a fixação de todos os componentes em uma estrutura única (4).

No procedimento de corte foi utilizados um grampo tipo “C” para que o equipamento

possa fixar-se a uma mesa qualquer, possibilitando que um único operador consiga realizar o

trabalho de fatiar as garrafas e produzir os fios de PET. Tal detalhe pode ser visto na Figura

15.

Com esse protótipo foi possível obter fios de PET com espessuras uniformes de

aproximadamente 2,5 mm com pouca variação.

A obtenção da fibra de PET foi feita através do corte das garrafas por cisalhamento

causado por uma lâmina de estilete posicionada corretamente no fatiador produzido. Esse

processo ficou semelhante a um processo de usinagem onde neste caso o produto desejado é o

que em um processo de usinagem chama-se de cavaco, ou seja, o rejeito em um processo

convencional de usinagem é na verdade o nosso produto no processo de fatiamento do PET.

A forma de produção da matéria prima pode ser observada na Figura 15.

Figura 15. Processo de produção dos fios de PET.

O produto final desse processo pode ser observado nas imagens das Figuras 16 (a) e

(b).

33

Figura 16. a) Fios produzidos; b) Fios em aproximação.

Após a obtenção do PET em fios, foi realizado um processo de lixamento manual com

uma lixa N°120, esta etapa tem o propósito de tornar a superfície do material mais rugosa,

para que dessa forma a fibra do PET tenha uma melhor aderência na matriz polimérica

(Resina epóxi). Na imagem da Figura 17 pode-se observar a comparação da fibra antes e após

o processo de lixamento.

Figura 17. Fibra do PET antes e após o lixamento.

a)

b)

34

3.2. A fibra da Piaçava

A fibra da piaçava utilizada neste trabalho foram obtidas da produção de piaçaveiras

do estado da Bahia, local onde tem-se a maior concentração deste insumo no Brasil.

As fibras foram limpas manualmente e utilizadas em seu estado natural, sendo

necessária apenas uma seleção de diâmetro a fim de uniformizar o material trabalhado.

A fibra da piaçava precisou passar por um processo de seleção para uniformização das

fibras. Os fios da fibra natural foram selecionados com diâmetros entre 1 mm e 1,5 mm, para

isso foi confeccionado um dispositivo de operação manual com dois furos, um deles com 1,5

mm e outro com 1 mm. Para ser considerado dentro dos parâmetros, o fio precisaria passar

pelo furo de 1,5 mm (Indicando que tinha diâmetro menor que este) e não ser capaz de

atravessar o furo de 1 mm (O que indica ser maior que a referida dimensão).

A ideia da seleção pode ser observada na Figura 18.

Figura 18. Placa para seleção da fibra de piaçava.

Com a seleção feita nas fibras de piaçava, pode-se observa na Figura 19, uma amostra

dos materiais, onde a fibra “1” representa um produto com espessura acima da especificada,

logo, descartado pela seleção. As fibras “2” e “3” representam materiais com diâmetro de 1,5

mm e 1 mm respectivamente.

35

Figura 19. Fibras da piaçava.

3.3. A Confecção do Reforço/Carga.

A configuração adotada para o reforço foi no padrão trançado em 90°, ou seja, a fiação

sendo feita alternadamente, uma perpendicular a outra, hora o fio passa por cima, hora por

baixo, formando a trama e o urdume a 90°.

O método adotado para tal produção foi manual, sendo feito todos individualmente

sem o auxilio de maiores aparatos, a não ser uma fita adesiva para prender as extremidades

das fibras no momento da confecção.

O espaçamento entre as fibras foi adotado de acordo com as limitações da piaçava,

tendo em vista que o PET por ser mais flexível, permitia uma melhor facilidade em sua

produção, no entanto, para que fosse feita uma comparação mais fidedigna entre os dois

materiais, ambos precisavam estar sob a mesma configuração.

Nas três configurações de reforços adotados, a quantidade de fibras precisava ser a

mesma em todas as situações. Sendo assim, os tecidos de PET tiveram uma formação de uma

fibra a cada 5 mm, isso para seguir a limitação da trança da piaçava, que só pôde ser trançado

nessas condições. Para o reforço hibrido (PET + Piaçava) foi adotado uma configuração

alternada em trama e urdume, ou seja, uma fibra de PET e outra de piaçava, seguindo o

mesmo espaçamento de fios das configurações adotadas pelos reforços simples. Tudo isso

explicado pode ser observado melhor na Figura 20.

36

Figura 20. Amostra dos tecidos da fibra: a)Tecido de PET. b)Tecido de Piaçava.

c)Tecido hibrido (PET e piaçava).

3.4. A Escolha da Matriz

Para a matriz do compósito foi buscado um material polimérico que apresentasse boa

aderência tanto às fibras de PET quanto às de piaçava. Além também de apresentar boas

propriedades mecânicas para o material.

Dessa forma, através de análises e referências de trabalhos já realizados, optou-se por

trabalhar com a resina epóxi. Dentre a grande variedade de resinas Epóxis existentes no

mercado, encontrou-se uma que se mostrou satisfatória para o trabalho, trata-se do sistema de

resina epoxídica SQ 2001 com o endurecedor SQ 3154 fornecida pela empresa REDELEASE.

Essa resina deve ser misturada com o endurecedor na proporção de 100 partes de resina para

cada 50 partes do endurecedor.

A empresa fornecedora REDELEASE apresenta o produto como sendo um sistema

epoxídico indicado para ser usado em formulações isentas de solventes e que necessitem de

boa retenção de cores. Sistemas curado com este endurecedor não apresentam superfície

oleosa ("blushing") mesmo quando usados à temperatura ambiente, sendo ou não em película.

Na Tabela 2 tem-se as características da resina fornecidas pelo fabricante.

a) b) c)

37

Tabela 2. Especificação da resina epóxi.

Características dos componentes

Resina SQ 2001 Endurecedor SQ 3154

Aparência Líquido incolor viscoso Líquido límpido incolor

Viscosidade a 20°C em cPs 11000 a 14000 100 max

Peso específico em g/cm³ 1,16 +/- 0,01 1,005 +/- 0,015

Peso epóxi equivalente (EEW) 182 a 192

Propriedades do sistema não curado

Proporção de mistura (Resina:Endurecedor) 100:50 partes em peso

Temperatura de manipulação (°C 18 a 30

Tempo de utilização da mistura (gel time) a 25°C 20 a 30 minutos

Tempo de endurecimento da mistura (100g em película a 20°C) 3 a 4 horas

Tempo total de cura a 20°C 24 a 48 horas

Propriedades do sistema curado

Temperatura de deflexão térmica (°C) 95 a 110

Força de compressão (Psi) 5000

Força de Tensão (Psi) 3000 a 6200

Elongação (%) 2,8

Impacto Izod (ft.lb/in) 0,2 a 0,6

Dureza Barcol 30 a 35

Fonte : Manual de especificações técnicas da REDELEASE (2016)

Como todo material que cura através de um catalisador ou endurecedor, a resina epóxi

terá melhores qualidades quando bem misturada a fim de deixar as duas partes bem

homogeneizadas.

3.5. A Produção do Molde

Para o desenvolvimento dos corpos de prova foi adotado a metodologia do RTM

(Resin Transfer Molding). Esse tipo de processo tende a minimizar os vazios existentes e

melhorar a qualidade do material.

Inicialmente teve-se que confeccionar os moldes para essa produção. Para isso, uma

caixa de com duas superfícies em acrílico (Para melhor visualizar o processo) e laterais feitas

38

com o-ring’s de vedação (Anéis de borracha) foi desenvolvido. A borracha era responsável,

além de vedar o sistema, por determinar a dimensão da placa, já que esta delimitava o espaço

interno a ser preenchido pela resina. Dois furos foram deixados no acrílico, por um deles seria

aspirado o ar através de uma bomba de vácuo, pela outra cavidade era injetado o polímero em

estado líquido viscoso.

O esquema desse molde pode ser visto na Figura 21.

Figura 21. Molde para produção do compósito por RTM em corte.

A resina e o endurecedor foram pesados em uma balança com resolução de um grama

da marca Balmak e faixa de medição de até cinco quilogramas. Essa balança pode ser vista na

Figura 22.

Figura 22. Balança de precisão utilizada na pesagem da resina.

39

Após a adição dos produtos na proporção indicada pelo fabricante (duas porções em

massa de resina para cada uma porção de endurecedor), para garantir uma melhor

homogeneidade da mistura (Resina SQ 2001 e endurecedor SQ 3154), estes foram agitados

com o auxílio de uma furadeira de coluna de rotação controlada da marca Eurostec e uma

hélice que foi desenvolvida exclusivamente para isso. A rotação de trabalho adotada foi de

620 RPM. Essa furadeira, bem como esse aparato de agitação pode ser observado na Figura

23.

Figura 23. a)Furadeira utilizada como agitador mecânico; b)Agitador utilizado na

homogeneização da resina.

Em virtude da agitação rápida da resina (mais rápido do que em um processo

manual), ocorreu o aparecimento de muitas bolhas que contribuiriam negativamente no

compósito final, sendo assim, desenvolveu-se um filtro feito com tecido de microfibras para

impedir a passagem dessas bolhas durante o processo de injeção da resina. Esse filtro foi

colocado na linha de sucção em uma secção de maior diâmetro que a tubulação a fim de

diminuir a velocidade do produto durante a passagem. Tal configuração pode ser visto

conforme a ilustração da Figura 24.

a) b)

40

Figura 24. Representação em corte e real do aparato de filtragem de bolhas.

A Figura 25 exibe a imagem de todo aparato de RTM montado.

Figura 25. Aparato de RTM montado.

3.6. A Produção do Compósito.

A produção dos corpos de provas foi feita de acordo com as especificações de

ensaios, sendo assim precisou-se de quatro espessuras diferentes, de acordo com as normas de

ensaios.

Placas de 2,5 mm foram produzidas para a realização dos ensaios de tração,

densidade, absorção de água e teor de umidade. A especificação desta placa de 2,5 mm foi o

Bomba

de vácuo

Reservatório

da resina

Filtro de

bolhas

Molde RTM

41

limitante para o número de tecidos, visto que, em função do diâmetro adotado para a piaçava,

em 2,5 mm só é possível a implementação de um único tecido. Dessa forma, ficou

determinado que a cada 2,5 mm de espessura, seria colocado uma folha de tecido. Foram

produzidas quatro placas de 2,5 mm X 200 mm X 260 mm (Espessura X Largura X

Comprimento), cada placa com uma configuração diferente (Resina pura; Resina + PET;

Resina + Piaçava; Resina + PET + Piaçava). Com as placas produzidas foi possível corta-las

em cada dimensão, de acordo com as respectivas normas de cada ensaio. Na Figura 26

observa-se a imagem dessas placas.

Figura 26. Placas de 2,5 mm. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d)

Resina + Piaçava + PET.

a)

d) c)

b)

42

Foram também confeccionadas placas com espessura de 5 mm para atender aos

ensaios de flexão e dureza. Em função da necessidade de um número menor de placas para

apenas esses dois ensaios, em cada placa de mesma dimensão das anteriores foi possível

produzir duas configurações por placa. Seguindo a mesma proporção dos compósitos de 2,5

mm, o produto de 5 mm foi confeccionado com duas folhas de tecido cada uma. O material

fabricado pode ser observado na imagem da Figura 27.

Figura 27. Placas de 5 mm. a) Resina pura & Resina + Piaçava; b) Resina + PET + Piaçava &

Resina + PET.

Para os ensaios de compressão e impacto, de acordo com a especificação da norma,

fez-se necessária a produção de corpos de prova com 12,7 mm de espessura.

Embora a especificação técnica da resina indique que o tempo de manipulação do

material até comece a endurecer seja de 20 a 30 minutos, devido à forte agitação promovida

pelo sistema confeccionado com o auxilio da furadeira de coluna, esse tempo foi reduzido a

cerca de 5 minutos. Alguns corpos de prova que necessitavam de uma quantidade maior de

resina (Acima de 450 gramas) foram perdidos devido à resina secar antes de ser concluído o

processo de injeção.

Devido à secagem da resina em um tempo mais rápido que o necessário para

preencher toda a dimensão, fez-se necessário que os corpos de prova com espessura de 12,7

mm tivesse uma dimensão reduzida. A mesma foi confeccionada com 200 mm de

comprimento por 130 mm de largura.

a) b)

43

Também em função dessa espessura ser muito larga, não foi possível fazer o

fechamento lateral do molde apenas com as borrachas de vedação, fazendo-se necessário a

confecção de uma caixa lateral para completar a altura, essa caixa foi feita com tecnil e

vedado com duas borrachas de 3,5 mm, uma em cima e outra em baixo. Tal configuração

desse molde pode ser observado na imagem da Figura 28.

Figura 28. Molde para a produção dos corpos de prova de 12,7 mm.

Com todo esse rearranjo feito, produziram-se as placas de 12,7 mm de espessura

como pode ser observado na Figura 29.

Figura 29. Placas de 12,7 mm. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d)

Resina + Piaçava + PET.

a) b)

c) d)

44

Para os ensaios térmicos faz-se necessário, de acordo com o equipamento disponível

no Laboratório de Mecânica dos Fluidos da UFRN (O condutivímetro KD2 – PRO) corpos de

prova com no mínimo dois centímetro de cada lado do medidor, sendo assim, foram

produzidos compósitos com formação paralepipedal de dimensões de 40 mm X 40 mm X 30

mm (Comprimento X Largura X Espessura). Para essa estrutura também fez-se necessária a

confecção das laterais do molde em material de tecnil, a fim de garantir a espessura

recomendada, visto que seria difícil encontrar uma borracha de vedação com cerca de 35 mm

a fim de que após o aperto das placas estas atingissem a dimensão final dos 30 mm desejados,

sendo assim, observa-se na Figura 30 a formação deste molde.

Figura 30. Molde para os corpos de prova dos ensaios térmicos.

3.7. O Corte dos Corpos de Prova

Após finalizada a confecção das placas, almejou-se obter os corpos de prova

necessários para cada ensaio. Para obter esse produto final, construiu-se uma bancada de corte

com a utilização de uma mini retífica manual, a qual ficou posicionada em uma estrutura de

madeira.

A base de madeira serviu também como apoio para o elemento de medição que fez a

calibragem de cada dimensão do corpo de prova.

45

Junto ao ponto de corte foi posicionada uma tubulação de resfriamento a ar

comprimido, com isso impediu-se o aquecimento do material, além de proporcionar a limpeza

do pó produzido durante o processo de corte.

O projeto em 3D do aparato pode ser observado na Figura 31.

Figura 31. Aparato de corte de corpos de prova.

Com o equipamento exposto foram cortados os corpos de prova nas dimensões

especificadas para cada ensaio. Os cortes conseguiram atender as especificações de

tolerâncias solicitadas pelas normas ASTM utilizadas para os ensaios. Na Figura 32 é possível

observar o procedimento de corte.

Figura 32. Material em corte.

46

3.8. Os Ensaios

Nessa secção serão descritos os procedimentos de execução dos ensaios realizados

para caracterização do material em questão.

Todos os ensaios foram realizados tomando por base as normas de referencia para

cada um. Em alguns casos, por limitações concernentes do material, foram feitas algumas

variações de algumas normas para que se pudesse realizar os testes, tais limitações serão

comentadas na descrição de cada ensaio, quando existentes.

3.8.1. Ensaios Mecânicos

No tocante dos ensaios mecânicos de um material, os que tem maior expressão na

caracterização destes são as análise de tração, compressão, flexão, dureza e impacto. Tais

procedimentos serão tratados a seguir.

3.8.1.1. Ensaio de tração

Para o estudo da tração deste material em questão, aplica-se a norma ASTM

D3039/D3039M-14, Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix

Composite Materials (norma padrão de teste para propriedades de tensão em materiais

compósitos de matriz polimérica).

Nesta norma sugere-se o dimensionamento de corpo de prova encontrado na Tabela 2

da norma em questão, ou seja, espessura de 2,5 mm, largura de 25 mm e comprimento de 250

mm, essa é uma recomendação da norma, não sendo necessária a obrigatoriedade destas

dimensões. O corpo de prova deverá ser tracionado de tal forma a romper em um tempo entre

1 e 10 minutos. Quando não se tem uma estimativa inicial para a velocidade de

tracionamento, a norma recomenda que seja feito o primeiro teste em uma velocidade de 2

mm por minuto. Após o rompimento do corpo de prova, verificar se está dentro da faixa de

tempo recomendada e fazer o ajuste de velocidade para os ensaios seguintes.

Para cada tipo de amostra foram cortados cinco corpos de prova a fim de se fazer a

verificação da repetitibilidade dos valores. Apenas para a amostra de resina pura foram

apurados apenas três corpos de prova, não comprometendo a validação estatística, o que se

mostrou suficiente por este não apresentar variações estruturais claras de uma peça para outra,

apresentando repetição de resultados.

Os corpos de prova deste ensaio podem ser visto na Figura 33 e Figura 34.

47

Figura 33. Corpos de prova para ensaio de tração. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina

+ Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET.

Figura 34. Corpos de prova após os ensaios.

Devido algumas limitações existentes na maquina de ensaios, fez-se necessário o corte

no comprimento dos corpos de prova, ficando estes menores que os 250 mm recomendados,

no entanto, não comprometendo os resultados, visto que esse dimensionamento é apenas uma

recomendação da norma, não havendo uma obrigatoriedade no seu cumprimento.

Todos os testes foram realizados na máquina universal de ensaios da EMIC,

pertencente ao Laboratório de Ensaios Mecânicos do curso de Engenharia Mecânica da

Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA), Campus de Mossoró, a qual pode ser

vista na Figura 35.

a) b) c) d)

48

Figura 35. Máquina universal de ensaios da EMIC.

Para a realização dos ensaios foi utilizado uma célula de carga de 100 kN em uma

velocidade de avanço de 2 mm/min. As amostras foram submetidas aos esforços até o

rompimento do material.

3.8.1.2. Ensaio de flexão

Para compósitos de matriz polimérica, usa-se a norma ASTM D7264/D7264M-15

Standard Test Method for Flexural Properties of Polymer Matrix Composite Materials

(Norma de teste padrão para flexão em compósitos de matriz polimérica).

Esse ensaio pode ser realizado com teste de flexão em três ou quatros pontos, sendo

que o mais comum é a aplicação do método em três pontos, de tal forma que adotou-se o de

três pontos para essa verificação.

Neste método recomenda-se corpos de provas de forma paralelepipedal, com

espessura de 4 mm e largura de 13 mm. Para o comprimento recomenda-se uma razão de 32:1

com relação à espessura, isso tendo como referencia o ponto dos apoios. O comprimento total

do corpo de prova deve ser 20% maior que o engaste dos apoios. Sendo assim, tem-se a

Figura 36 exibindo tal configuração supracitada.

49

Figura 36. Demonstrativo dimensional do ensaio de flexão.

Assim como os ensaios de tração, esse ensaio também foi realizado no Laboratório de

Ensaios Mecânicos do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal Rural do

Semi-Árido (UFERSA), Campus de Mossoró. A máquina utilizada foi a mesma que realisou

os teste de tração (Figura 35).

Para o procedimento utilizou-se três amostras de cada uma das quatro configurações

adotadas para esse trabalho.

3.8.1.3. Ensaio de compressão

A análise deste ensaio é feita seguida pela norma ASTM D695-15 Standard Test

Method for Compressive Properties of Rigid Plastics (Norma de teste padrão para

determinação das propriedades de compressão de plásticos rígidos).

Esse ensaio pode ser realizado com corpos de prova em formato cilíndrico ou

prismático, sendo a escolha do formato da peça de acordo com a conveniência de confecção

deste. Se tratando de adotar-se o formato cilíndrico, este deverá ter dimensões de 12,7 X 25,4

mm (Diâmetro X Comprimento). Já quando se adota a forma prismática, este deverá medir

12,7 mm X 12,7 mm X 25,4 mm (Largura X Espessura X Comprimento). A Figura 37 exibe

uma demonstração dessas opções de corpos de prova.

50

Figura 37. Recomendação de corpos de prova de compressão. a) Corpo de Prova de secção

quadrada; b) Corpo de prova de secção circular.

A velocidade de avanço da compressão deve ser de entre 1,0 mm/minuto e 1,6

mm/minuto.

Assim como os ensaios de tração e flexão, esse ensaio também foi realizado no

Laboratório de Ensaios Mecânicos do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal

Rural do Semi-Árido (UFERSA), Campus de Mossoró. A máquina utilizada foi a mesma que

realisou os outros dois testes mecânicos (Figura 35).

Para o procedimento utilizou-se cinco amostras de cada uma das quatro configurações

adotadas para esse trabalho.

3.8.1.4. Ensaio de impacto

A análise deste ensaio é feita seguida pela norma ASTM D6110-10 Standard Test

Method for Determining the Charpy Impact Resistance of Notched Specimens of Plastics

(Norma de teste padrão para determinação da resistência ao impacto de Chapy em plásticos

entalhados).

Seguindo a orientação desta norma, deve-se produzir corpos de prova de acordo com a

imagem da Figura 38:

a) b)

51

Figura 38. Dimensionamento dos corpos de prova para ensaio de impacto.

Fonte: ASTM D6110 (2010)

As dimensões e suas tolerâncias são mostradas na Tabela 3:

Tabela 3. Dimensões e tolerâncias recomendadas para os corpos de prova em ensaios de

impacto.

Dimensão mínima (mm) Dimensão máxima (mm)

A 10,11 10,21

B 61 63,5

C 124,5 127

D 0,20R 0,30R

E 12,55 12,85

O vão entre os apoios durante o teste de impacto deve ser de 95,3 mm ± 0,3 mm. O

impacto deve ocorrer conforme a Figura 39:

Figura 39. Especificação para o impacto de charpy.

Fonte: Fonte: ASTM D6110-(2010)

52

3.8.1.5. Ensaio de dureza

A norma recomendada para análise de dureza em materiais plásticos é a ASTM

D2240-15 Standard Test Method for Rubber Property – Durometer Hardness (Norma de teste

padrão para propriedades de borracha – dureza em durômetro).

A norma em questão indica a dureza shore para ensaios de plásticos rígidos. Existem

12 tipos de dureza shore para serem aplicados de acordo com o índice de valores de cada

material (A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S e R). A recomendação dimensional e

de no mínimo 6 mm de espessura, sendo que esse valor pode variar de acordo com a

profundidade do endentamento do teste. Deve haver uma distância mínima de 12 mm do

ponto de contato no teste até as laterais do corpo de prova.

Na realização deste ensaio foram utilizadas placas de 5 mm de espessura, 100 mm de

largura e 200 mm de comprimento. Foi produzida apenas uma placa sob cada configuração de

tal forma que possibilitasse as medidas sem interferência, conforme a recomendação da

norma. Em cada configuração mediu-se dez diferentes pontos de dureza.

Utilizou-se para os testes o durômetro “Shore A” da marca Kori Seik MFG

pertencente ao Laboratório de Lribologia da UFRN. Tal equipamento pode ser visto na Figura

40.

Figura 40 Durômetro Kori Seik MFG. a) Frente do equipamento; b) verso do equipamento

a) b)

53

3.8.2. Ensaio de Teor de Umidade

Diferente de outros testes de caracterização, para o teor de umidade não existe uma

norma específica que coordene os procedimentos de ensaio, no entanto, já existem no

mercado equipamentos que fazem esse experimento sem muita dificuldade. Trata-se

basicamente de uma balança de precisão com uma resistência interna que irá aquecer o

material e evaporar a água contida neste, enquanto evapora, a balança faz medições de massa

até que os valores estabilizem, ou pelo menos tendam à estabilização.

Para essa análise foram utilizadas cinco amostras de cada configuração proposta. As

amostras respeitavam uma dimensão de 2,5 mm de espessura por 25 mm de comprimento e

15 mm de largura.

Os corpos de prova foram submetidos ao “Determinador de Umidade Série ID-V 1.8 –

Marte” pertencente ao Laboratório de Mecânica dos Fluidos do curso de Engenharia

Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). A carga máxima do

equipamento é de 51 gramas, com sensibilidade de 0,001 g, temperatura de trabalho de até

180°C e capacidade para medir umidade de 0 a 100%.

O determinador de umidade utilizado pode ser observado na Figura 41.

Figura 41. Determinador de Umidade Série ID-V 1.8 – Marte.

Em tal equipamento os materiais eram pesados continuamente sob o efeito de um

aquecimento até que ocorresse a total evaporação da massa úmida. Após a retirada de toda

água, é verificado o percentual de perda de cada amostra.

A temperatura de trabalho utilizada foi de 110°C. Sob maiores temperaturas haveria a

degradação dos componentes contidos no material, o que iria mascarar os resultados. Cada

ensaio demorou cinco minutos até que fosse observado a não variação dos valores, levando a

crer que toda a massa úmida já havia sido retirada.

54

3.8.3. Ensaio de Absorção de Água

Na determinação da capacidade de absorção de umidade em materiais plásticos, foi

adotado o critério de acordo com a norma ASTM D570-98 (2010), Standard Test Method for

Water Absorption of Plastics (Norma padrão de teste de absorção de umidade em plásticos).

Nessa norma são sugeridas algumas metodologias para a realização do ensaio. De

acordo com essa norma, o material deve ser mantido aquecido por 50°C ± 3°C durante 24

horas para retirar toda umidade contida neste (ou 110°C por uma hora caso o material não seja

afetado por temperaturas elevadas). Após as amostras secas, essas deverão ser pesadas e

postas em repouso em um reservatório com água destilada para com temperatura controlada

em 23°C ± 1°C para a absorção de água, onde serão secas externamente e pesadas. Após a

saturação será verificada a máxima absorção de água do material segundo a definição

(Equação. 3.1).

(3.1)

Para a realização do teste utilizou-se três amostras de cada configuração para que

depois pudesse ser feito tratamentos estatísticos com os resultados obtidos. Este teste foi feito

no Laboratório de Ensaios Mecânicos do campus da UFERSA em caraúbas.

Os corpos de prova destes ensaios podem ser visualizados na Figura 42.

Figura 42. Corpos de prova do ensaio de absorção de água. a) Resina pura; b) Resina + PET;

c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET.

a) b)

c) d)

55

3.8.4. Ensaio de Densidade

Para a determinação da densidade ou gravidade específica do material em questão

utiliza-se da norma ASTM D792-13 Standard Test Methods for Density and Specific Gravity

(Relative Density) of Plastics by Displacement (Norma padrão de teste para densidade e

gravidade específica de plásticos por deslocamento).

Essa norma é baseada no princípio de Arquimedes. De acordo com a norma, esse teste

pode ser feito em água destilada ou em outro líquido de referência. Na maioria dos casos opta-

se pela utilização de água. Dessa forma é medida a massa do corpo de prova em meio seco,

em seguida é refeita a medição da massa do mesmo submerso em água, através desses valores

é possível que seja calculado a densidade do corpo em análise.

Diante da disponibilidade da balança de densidade pertencente ao Laboratório de

Mecânica dos Fluidos da UFRN, esta foi utilizada no desenvolvimento deste procedimento de

medição.

A balança utilizada foi a DSL 910 da marca Gehaka, a qual possui uma capacidade

máxima de medição de 100 g, divisão de 0,001 g, Densidade máxima de 30g/cm³.

Tal equipamento pode ser visto na Figura 43.

Figura 43. Balança de densidade utilizada.

56

Seguindo as especificações que sugerem que os corpos de prova devem ter no mínimo

1 cm³, foram produzidos cinco amostras em cada configuração com dimensões de 2,5 mm de

espessura, 20 mm de largura e 25 mm de comprimento, ou seja, 1,25 cm³. Tais materiais são

expostos na Figura 44.

Figura 44. Corpos de prova de densidade.

3.8.5. Ensaios Térmicos

A norma recomendada para determinação das propriedades térmicas é a ASTM C177-

13 Standard Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal

Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus (Norma de teste

padrão medida de fluxo de calor em estado estacionário e propriedades de transmissão térmica

por meio do aparato da placa de calor confinado).

Seguindo a norma de recomendação, assim como outros testes, existem no mercado

equipamentos específicos que já fazem esse tipo de medidas térmicas. Um desses

equipamentos foi citado por Galvão (2014) na sua dissertação, onde o referido autor utilizou o

KD2 – PRO. Esse equipamento é capaz de determinar a condutividade térmica, o calor

específico, a difusividade térmica e a resistividade térmica do material.

Na figura 45 tem-se a imagem do KD2 – PRO

Resina +

PET Resina Resina +

Piaçava

Resina +

PET +

Piaçava

57

Figura 45. KD2 - PRO.

Fonte: Operator's Manual (KD2 Pro Thermal Properties Analyzer) (2017)

Esse equipamento possui um conjunto de agulhas para testes que vão ser utilizadas de

acordo com o material, conforme exposto na figura 46. Para análises térmicas em sólidos

usou-se o sensor SH-1, o qual possui duas hastes de 3 cm de comprimento, 1,3 mm de

diâmetro das agulhas com um espaçamento entre elas de 6 mm.

Figura 46. Agulhas de teste do KD2 – PRO.

Para a garantia de que não haja interferência do meio no ensaio, estipulou-se uma

distância mínima de 1 cm entre as hastes e quaisquer superfícies externas. Dessa forma,

confeccionou-se um corpo de prova em cada uma das quatro configurações, em formato

cúbico, com aresta de 4 cm, conforme pode ser visto na Figura 47.

SH – 1

TR – 1

KS – 1

58

Figura 47. Corpos de prova para ensaios térmicos. a) Resina pura; b) Resina + PET; c)

Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET.

As medidas são feita com base no aquecimento fornecido pelo aparelho ao sensor

durante um tempo pré determinado, onde são feitas medições de temperatura ao longo do

processo.

O KD2 Pro espera trinta segundos para o equilíbrio da temperatura antes que o

aquecimento comece, então todo o tempo de medição deve ser o "Read Time" mais 30

segundos.

O sensor capta sessenta leituras de temperatura durante o tempo de leitura, de modo

que o número inserido aqui também determina o número de segundos entre as leituras de

temperatura. Esse número é exibido no canto superior direito da tela e está disponível com

cada registro de dados após as leituras.

Os tempos de leitura padrão são um minuto para o sensor KS-1, dois minutos para o

sensor SH-1 e cinco minutos para o sensor TR-1.

a) b)

c) d)

59

O procedimento de medição das propriedades térmicas pode ser visualizado na Figura

48.

Figura 48. Procedimento de Medição das propriedades térmicas.

3.8.6. Ensaios de Termogravimetria

Para a realização dos ensaios de Termogravimetria dos materiais foi utilizada uma

amostra de cada componente, sendo um total de 6 amostras onde teve-se as quatro

configurações dos compósitos trabalhados, uma análise apenas com a piaçava e outra apenas

com o PET, isso para que se possa ter uma visão geral de todos os componentes.

O ensaio foi realizado no Laboratório de Peneiras Moleculares da UFRN onde

utilizou-se o NETZSCH TG 209 F3 Tarsus, que é visto na Figura 49.

Figura 49 Equipamento de Termogravimetria utilizado para o ensaio.

60

Como parâmetro de ensaio foi utilizado uma faixa de temperatura partindo de 25°C até

850°C. O incremento de temperatura foi de 5°C/minuto, visto que tinha-se materiais

orgânicos e uma taxa maior dificultaria a visualização da degradação. A massa das amostras

utilizadas foi 25 mg.

3.8.7. Visualizações microscópicas

Ao longo das análises dos resultados de tração fez-se necessário a visualização mais

precisa, a fim de identificar a interação da fibra na matriz, bem como analisar com mais

precisão os pontos de ruptura dos corpos de prova, no caso dos ensaios mecânicos.

Para a realização dessa análise, utilizou-se o microscópio digital da marca “Eletronic

Magnifier” com zoom de até 500 vezes. Os ensaios foram realizados na UFRSA de

Caraúbas/RN. O aparelho pertence ao professor Wendell Albano que cedeu para fossem feitas

as visualizações. O modelo do aparelho pode ser visto na Figura 50.

Figura 50. Microscópio digital (Eletronic Magnifier).

A qualidade da medição pode ser lido na ordem de micrômetros. A figura 51 expõe a

referencia de medição com base na resolução de qualidade do aparelho

Figura 51. Círculo de 300 μm visto pela lente do microscópio.

61

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capítulo serão expostos todos os resultados obtidos para a caracterização das três

configurações do material em questão. Será dividido em subcapítulos cada ensaio realizado

para melhor poder analisar os valores.

4.1. Características Mecânicas

4.1.1. Tração

Iniciaram-se os testes com três amostras do compósito de resina pura, sem

reforço/carga, apenas para servir de referência dos valores extraídos. As configurações

reforçadas foram analisadas em cinco amostras de cada, visto que essas apresentaram maiores

flutuações de valores. Todos os valores deste teste podem ser vistos na figura 52.

Figura 52. Resultados dos ensaios de Tração. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina +

Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET.

a) b)

c) d)

62

Na primeira amostra dessa configuração (Curva 1.1) o ensaio foi interrompido um

pouco antes do rompimento, após a curva elástica do material, em seguida o material foi

resubmetido aos esforços a fim de verificar se o material retomaria à mesma resistência

anteriormente alcançada, o que não ocorreu, como se observa na curva 1.2. Tal fato se deve

ao material já ter ultrapassado a tensão ultima ao escoamento elástico, este já tinha sofrido

deformação plástica, o que causou a redução de sua resistência. Tal observação apenas

comprovou todas as literaturas referentes à deformações plásticas em material.

Os outros dois corpos de prova da resina pura (Curva 2 e 3) foram carregados até o

rompimento, apresentando valores de resistência muito próximos um do outro.

Os três corpos de prova da resina pura apresentaram valores muito próximos de tensão

máxima, Sendo o menor valor de 47,6 MPa e o maior de 48,5 MPa.

Comparando com outros trabalhos, como por exemplo, o de Ribeiro (2016) que

trabalhou com a mesma resina, alterando o método de produção (Produção manual), a resina

produzida por RTM apresentou valores de resistência bastante superiores, 47,56 MPa no

momento da ruptura, enquanto que a laminação manual realizado por Ribeiro (2016)

apresentou uma resistência ultima de 22,94 MPa.

Já quando observados os valores das configurações com reforço/carga, tem-se uma

queda na resistência dos materiais, onde, o que apresentou melhor característica entre os

materiais reforçados foi o compósito com reforço/carga de fios de PET, visto que apresentou

resistência ultima média de 23,8 MPa contra 15,5 MPa e 20,6 MPa dos compósitos de piaçava

e o compósito híbrido respectivamente. Este material além de ter mostrado melhor resistência

entre as três configurações de reforço, apresentou uma melhor repetibilidade dos valores.

Quando comparado com o compósito proposto por Silva (2015), o compósito de epóxi

com fibras de PET apresentou uma vantagem em sua resistência. Ou seja, 23,8 MPa de

resistência máxima contra 15,42 MPa no compósito de Silva (2015).

O compósito proposto por Cabral (2016) apresentou valores máximos de tração de

aproximadamente 18,5 MPa, ainda inferior ao compósito de PET e epóxi.

Analisando os resultados da faixa de uso adequado do material, ou seja, durante o

regime de deformação elástica (Isso considerando que não é prudente utilizar um material

sofrendo deformação plástica), percebe-se que a piaçava aumentou significativamente a

rigidez à tração do material, mostrado pelo incremento no módulo de elasticidade das

amostras se comparado com a resina pura (Cerca de 9,5% de aumento). Para o cálculo dessa

63

propriedade foi adotado o intervalo entre 0,001% e 0,003% de deformação, conforme

recomendação da norma. Tal fato pode ser visto na Tabela 4.

Tabela 4. Módulos de elasticidade à tração dos materiais.

MÓDULO DE ELASTICIDADE (Mpa)

1 2 3 4 5 MÉDIA DESV. PAD

RESINA PURA 1805,135 1942,794 2063,626

1937,185 129,337

RESINA + PET 1796,106 1884,878 1709,845 1740,211 1930,524 1812,313 93,809

RESINA +

PIAÇAVA 2247,039 2044,885 2110,348 2069,609 2128,08 2119,992 78,229

PESINA + PET

+ PIAÇAVA 2406,246 2187,762 2117,966 2185,42 2294,553 2238,390 113,138

Observa-se também uma maior repetibilidade dos valores também na composição com

piaçava, tal consideração feita tendo-se por base o menor desvio padrão em todas as

composições analisadas.

Ainda comparando com Silva (2015), a melhor configuração deste autor obteve 1,1

GPa de módulo de elasticidade, enquanto que nas configurações aqui expostas, obteve-se

módulos de elasticidade de até 2,4 GPa no compósito híbrido.

Observando a Figura 53, tem-se que o maior módulo de elasticidade foi encontrado na

composição do compósito híbrido (PET, piaçava e epóxi), apesar do compósito de PET e

epóxi ter reduzido o módulo de elasticidade do material, quando na configuração híbrida,

entende-se que este agregou estabilidade ao produto, aumentando assim essa propriedade.

Figura 53. Módulos de elasticidade dos materiais sob tração.

0 125 250 375 500 625 750 875

1000 1125 1250 1375 1500 1625 1750 1875 2000 2125 2250 2375 2500

RESINA PURA RESINA + PET RESINA +

PIAÇAVA

PESINA + PET +

PIAÇAVA

MÓ

DU

LO

DE

EL

AS

TIC

IDA

DE

(M

pa

)

MÓDULO DE ELASTICIDADE

MÉDIA

1

2

3

4

5

64

Observou-se também durante os ensaios que o rompimento dos corpos de prova

reforçados se deu exatamente em cima das fibras transversais, caracterizando que o

rompimento se deu em função de uma fragilização da secção devido ao reforço transversal.

Ainda com relação ao reforço de PET, pode-se perceber que em nenhum dos corpos de

prova ocorreu o rompimento da fibra do plástico, o que demonstra que em outras

configurações que não venham a fragilizar a secção, o reforço de Poliestireno tereftalato

oferecerá melhores resultados ao material. Tais observações podem ser vistas na Figura 54.

Figura 54. Secção de rompimento dos corpos de prova de tração.

No que diz respeito aos materiais com alguma proporção de reforço/carga de piaçava,

observando-se individualmente cada corpo de prova e comparando com seus respectivos

resultados, quanto mais espessa era a fibra de reforço transversal aos esforços de

carregamento, menor foi sua resistência ao alongamento, enfatizando a ideia da fragilização

da secção e justificando a falta de repetibilidade dos valores, visto que trabalhou-se com uma

faixa de espessuras de fibras de piaçava (entre 1 mm e 1,5 mm)

Observando os gráficos em conjunto, percebe-se que a presença dos reforços diminuiu

a elasticidade do material. Tal fato é claramente evidenciado pelo quase que total

desaparecimento da curva de deformação plástica do material. A tensão cresce de forma quase

que linear, até que o material rompe de maneira aparentemente frágil.

65

Observando com o auxílio do microscópio, na Figura 55, é possível perceber o

desprendimento dos fios de reforço/carga da matriz, deixando claro que a falha ocorreu

especialmente em função da baixa aderência da fibra na matriz.

A Figura 55 foi produzida a partir da região de fratura dos corpos de prova de tração.

Na imagem tem-se os dois lados da fratura postos um ao lado do outro, de tal forma que é

possível perceber-se as duas secções de rompimento ao mesmo tempo. Dentro dessa ideia

tem-se apontado pelo número “1” a fibra de piaçava, o número “2” é a fibra de PET e o

número “3” mostra os vazios deixados após o desprendimento.

Figura 55. Visualização microscópica na secção de rompimento. a) Referência de

visualização de 500 μm; b) Resina + PET; c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET.

É claramente perceptível que ocorreu o desprendimento total das fibras transversais,

não ficando nenhuma partícula de resina nas fibras e nem de fibras na matriz. A observação é

válida tanto para o PET quanto para a piaçava.

a) b)

c) d)

66

4.1.2. Flexão

Para esses testes utilizaram-se três amostras do compósito em cada uma das quatro

configurações. Maior número de corpos de prova se tornaram desnecessários, visto a alta

proximidade dos valores entre as amostras em cada configuração, especialmente na região de

regime elástico. Todos os valores deste teste podem ser vistos na Figura 56.

Figura 56. Resultado dos ensaios de Flexão. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina +

Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET.

Neste ensaio pode-se perceber que a resina epóxi tem uma tendência em não romper.

Após o material chegar a seu limite de resistência elástica, este começa a diminuir a tensão

interna (Como é de se esperar), entretanto atinge valores altos de deformação sem romper. Os

ensaios foram interrompidos quando atingido uma deformação de 40 mm de deflexão, visto

que este já havia passado pelo ponto de máxima deformação elástica e já estava em redução

da tensão.

a) b)

c) d)

67

Seguindo a recomendação da norma, com o avanço de 1 mm por minuto, cada amostra

precisou de cerca de 40 minutos até a finalização do ensaio.

O limite elástico da resina epóxi foi entre 18 e 21 MPa, com pouca variação entre os

corpos de prova. O limite de tensão elástica foi atingido com cerca de 30 mm de deformação

(18,75% do espaçamento entre apoios).

Diferente da resina pura, os materiais reforçados sofreram ruptura ao fim do regime

elástico, tendo como exceção um corpo de prova em reforço de PET que não rompeu e teve o

ensaio interrompido aos 40 mm de deflexão, a exemplo do que foi feito com as amostras de

referência (Resina pura). Assim como os corpos de prova de tração, a ruptura acontecia

sempre na secção fragilizada pelas fibras transversais aos esforços, mostrando mais uma vez

que a falha se dá devido à interação fibra matriz, a qual apresentou uma resistência menor que

a da matriz. Tal análise pode ser visualizada na Figura 57.

Figura 57. Secção de rompimento dos corpos de prova de flexão reforçados.

Pela imagem (Figura 57) é possível perceber que a ruptura acontece especialmente na

matriz, com reforços mais elásticos (Como é o caso do PET) a peça mesmo depois do

rompimento continuava presa pela fibra interna, isso porque a fibra possui uma resistência

68

ultima maior que a própria matriz, mas não foi capaz de impedir a fratura devido ao seu poder

elástico ser maior.

A exemplo do que foi apresentado por Ribeiro (2016), os materiais com fibras tiveram

uma redução em sua resistência a flexão.

O epóxi com reforço de PET apresentou a maior resistência ultima ao escoamento,

chegando a valores de tensão de até 26,9 MPa, sendo uma tensão média de 26,28 MPa, ou

seja, pouca variação de valores, mostrando que esse tipo de reforço causou uma melhoria .na

resistência a flexão do material.

Silva (2015) apresentou uma resistência ultima a flexão de 21,5 Mpa em sua melhor

configuração, abaixo do que foi obtido na composição de compósito em matriz epoxídica aqui

proposta.

Já Gomes (2015) conseguiu obter uma resistência a flexão que varia de 41 MPa a 52

MPa em compósito utilizando matriz de poliéster e resíduos de madeira de baixa densidade

(MDF).

Quando na presença de piaçava, os pontos de ruptura apresentaram consideráveis

variações, isso porque dependendo da espessura da fibra transversal na região de maior tensão

no material, havia variação da fragilização do material em análise.

O módulo de elasticidade do material em regime elástico sob esforço de flexão foi

determinado e é exposto na Tabela 5. Para o cálculo dessa propriedade foi utilizado o

intervalo de 0,001% e 0,003% de deformação, segundo recomendação da norma.

Tabela 5. Módulos de elasticidade à flexão dos materiais.

MÓDULO DE ELASTICIDADE (Mpa)

1 2 3 MÉDIA DESV. PAD

RESINA PURA 934,5173 1055,687 933,8151 974,6731 70,16097433

RESINA + PET 1172,943 1290,345 1173,385 1212,224 67,65455248

RESINA + PIAÇAVA 1055,755 1055,885 1168,386 1093,342 64,9898527

PESINA + PET + PIAÇAVA 1167,995 1284,995 1167,388 1206,793 67,72568883

Sob os esforços de flexão, todas as configurações apresentaram uma faixa semelhante

de desvio padrão, indicando que todos sofreram variações semelhantes em torno de seus

valores médios. O gráfico na Figura 58 expressa melhor essa comparação entre essa

propriedade.

69

Figura 58. Módulos de elasticidade dos materiais sob flexão.

Todos os materiais reforçados apresentaram acréscimo no módulo de elasticidade do

material sob o efeito de flexão, sendo que o reforço de PET apresentou maior elevação dessa

propriedade, isso porque esse reforço agiu no sentido transversal às cargas, impedindo a

deformação do compósito.

Neto (2016), apresentou um compósito em que a presença de reforço em pequena

quantidade (5% de fibra de sisal) apresentou uma redução do módulo de elasticidade da

matriz (De 1,7 MPa para 0,6 Mpa).

No compósito com epóxi como matriz, a presença dos reforços incrementou o módulo

de elasticidade, sendo que o compósito com reforço de PET foi o que apresentou melhor valor

final.

4.1.3. Compressão

Os ensaios de compressão foram realizados em um tempo aproximado de 10 minutos

para cada corpo de prova. Tendo os materiais não apresentado ruptura final em nenhuma das

configurações, os ensaios foram interrompidos ao ser atingido uma deformação de 12 mm, ou

seja, cerca de 47% de deformação com base na dimensão inicial dos corpos de prova (25,4

mm).

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

RESINA PURA RESINA + PET RESINA +

PIAÇAVA

PESINA + PET +

PIAÇAVA

MÓ

DU

LO

DE

EL

AS

TIC

IDA

DE

(M

pa

)

MÓDULO DE ELASTICIDADE

1

2

3

MÉDIA

70

Os testes de compressão realizaram-se em cinco corpos de prova em cada

configuração. Após a realização dos ensaios chegou-se aos valores apontados nos gráficos da

Figura 59.

Figura 59. Resultado dos ensaios de compressão. a) Resina pura; b) Resina + PET; c) Resina

+ Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET.

A não ruptura do material deve-se às propriedades da matriz, que permite uma alta

deformação sem o aparecimento de trincas, o que causaria uma tendência a ruptura.

A resina epóxi demonstrou a sua boa resistência última a compressão, chegando a

valor máximo até o fim do regime elástico de 75,94 MPa, sendo um valor médio de 73,29

MPa, o que demonstra uma grande qualidade do processo, visto que a especificação técnica

do fabricante aponta para uma resistência a compressão de 5000 psi (34,47 MPa).

a) b)

c) d)

71

Uma característica interessante apresentado pela resina foi um comportamento

semelhante a uma deformação elástica durante o regime de deformação plástica (Uma curva

contínua e ascendente).

O compósito reforçado com PET, apesar do comportamento totalmente sem

uniformidade durante o regime plástico, apresentou valores de máxima deformação elástica

bem próximos aos do epóxi puro. Apesar de não ter ultrapassado o valor de resistência,

apresentou maior representação média (Máximo de 75,11 MPa e média de 73,88 MPa).

Comparando o desvio padrão dos dois componentes, o reforço de PET foi menor (1,11

MPa contra 2,20 MPa), ou seja, o PET conferiu maior grau de repetibilidade dos valores.

O compósito de piaçava apresentou valor de máxima tensão em regime elástico de

73,33 MPa, sendo uma média de 68,91 MPa com um desvio padrão de 3,91 MPa, ou seja,

uma certa inconstância dos valores se comparado com as duas configurações anteriores.

Já o material híbrido apresentou forte inconstância nos resultados, além de um baixo

valor de tensão ultima em regime elástico (Máximo de 65,88 MPa de tensão máxima, média

de 57,70 MPa e desvio padrão de 5,66 MPa). Tal fato é atribuído à baixa interação entre os

três componentes juntos.

Quando realizado uma comparação com o Polietileno de alta densidade utilizado por

Candian et. al. (2009) verifica-se uma enorme melhora dos resultados, visto que o PEAD puro

apresentou uma resistência ao escoamento de 14,11 MPa, enquanto que todas as

configurações de compósito proposto por esse trabalho apresentaram uma resistência ao

escoamento maior que 50 MPa.

Já Oliveira (2013) apresentou valores de 134,15 MPa para um laminado de

Kevlar/carbono, 127,85 MPa para uma laminado de carbon e vidro, e 74,14 MPa para o

laminado de Kevlar e vidro.

O módulo de elasticidade de Oliveira (2013) apresentou valores de 4,96 GPa para o

laminado de Kevlar e Carbono, 2,39 GPa para Carbono e vidro, 1,89 GPa para o Kevlar e

vidro.

Quanto ao módulo de elasticidade nesse tipo de esforço, vê-se na Tabela 6 que o

compósito com reforço de PET apresentou valores próximos (repercutindo os valores de

tensão ultima ao escoamento) aos da resina pura, entretanto com maior estabilidade, o que é

observado pelos valores do desvio padrão menores.

72

Tabela 6. Módulos de elasticidade à compressão dos materiais.

MÓDULO DE ELASTICIDADE (Mpa)

1 2 3 4 5 MÉDIA DESV. PAD

RESINA PURA 1590,429 1678,933 1625,733 1778,789 1786,477 1692,072 79,167

RESINA + PET 1630,906 1664,422 1702,06 1581,463 1704,567 1656,683 46,334

RESINA + PIAÇAVA 1493,602 1408,084 1633,281 1392,214 1551,659 1495,768 89,945

PESINA + PET + PIAÇAVA 1245,083 1340,859 1194,048 1047,909 1307,09 1226,998 102,825

Consegue-se perceber que na compressão, a piaçava incrementa forte instabilidade no

material. Quando na presença do PET e piaçava essa instabilidade aumenta ainda mais,

mesmo que o PET puro melhore a estabilidade. Isso atribui-se à dificuldade em unir as

propriedades dos três elementos uniformemente.

Na figura 60, pode-se perceber graficamente o resultado do incremento das fibras no

sistema.

Figura 60. Módulos de elasticidade dos materiais sob compressão.

Tais características podem ser justificadas em função de fissuras formadas junto aos

reforços, ou seja, a adesão da matriz com as fibras ofereceu uma resistência menor que a

própria resina. Na Figura 61 é possível perceber essa fragilidade ao se observar as fibras

sendo expelidas para fora do material.

0 125 250 375 500 625 750 875

1000 1125 1250 1375 1500 1625 1750 1875

RESINA PURA RESINA + PET RESINA +

PIAÇAVA

PESINA + PET +

PIAÇAVA

MÓ

DU

LO

DE

EL

AS

TIC

IDA

DE

(M

pa

)

MÓDULO DE ELASTICIDADE

MÉDIA

1

2

3

4

5

73

Figura 61. Corpos de prova após o ensaio de compressão. a) Resina pura; b) Resina + PET;

c) Resina + Piaçava; d) Resina + Piaçava + PET.

4.1.4. Impacto

A máquina de impacto disponível para ensaios na UFERSA, local onde realizaram-se

todos os ensaios mecânicos possui uma faixa de medição entre 0 e 300 J, ou entre 0 e 150 J

trocando-se o martelo de teste, entretanto após alguns testes percebeu-se que a dissipação de

energia para esse tipo de material seria em torno de 2 a 3 MJ, o que impossibilitou a coleta de

resultados e análises dos materiais em questão, visto que a variação estaria dentro do erro do

equipamento.

Apesar da existência de outra máquina de teste de impacto na UFRN, esta possui faixa

de medição semelhante, desta forma, também não foi possível obter-se resultados pelo mesmo

motivo da outra.

Para análise mais precisa desses valores faz-se necessário a realização dos testes em

um equipamento com faixa de medição menor (0 a 10 J, por exemplo)

4.1.5. Dureza

Após a realização dos testes de dureza, tem-se os valores obtidos na Tabela 7.

a) b)

c) d)

74

Tabela 7. Resultados dos ensaios de dureza

Resina pura

Resina e piaçava

Resina e PET

Resina, PET e

Piaçava

97 98 97 97

98 98 97 97

97 99 97 96

97 97 98 97

99 96 97 96

98 97 98 96

97 96 97 96

98 96 97 97

97 97 98 97

97 96 98 97

Média 97,4

96,9

97,4

96,6

Desv. Pad. 0,5 0,8 0,5 0,5

A média e o desvio padrão foram calculados excluindo-se os valores em destaque na

tabela (Maior e menor valor de cada amostra) como um artifício estatístico para minimizar

eventuais erros de medição durante os procedimentos de ensaio, ou qualquer intempérie que

venha a ter interferido nos valores.

Observa-se que a resistência superficial não sofreu alteração significativa com a

adição das fibras de PET, onde os valores se repetiram. Isso é justificado em função da fibra

de PET ser de baixa espessura, o que o manteve fora da superfície, de tal forma que a

resistência superficial ficou sob a exclusiva influência da matriz.

Quando na presença de Piaçava, a superfície sofreu pequena variação (Inferior a 1%),

o que também é considerado irrelevante. A pequena variação é explicada pela interferência da

piaçava (Que possui espessura mais significante que o PET) na superfície. Essa interferência

reduziu um pouco a dureza superficial do material.

Em análise com os resultado de Ribeiro (2016), nota-se uma grande melhora nos

valores de dureza Shore. Enquanto que Ribeiro (2016) apresentou uma dureaza Shore de

69±0,44, a mesma resina moldada por RTM atingiu valor médio de 97,4, ou seja, uma dureza

superficial mais de 40% maior.

75

4.2. Teor de Umidade

Utilizando-se as cinco amostras propostas para a verificação da umidade presente na

composição do material, procedeu-se com a realização dos ensaios.

Após a realização dos testes de umidade, foram retirados os valores extremos de

máximo e mínimo (Para efeito de minimização de erro) e feito uma média dos três resultados

restantes. Tais resultados são demonstrados na Tabela 8.

Nessa análise pode-se fazer um paralelo com o trabalho de Ribeiro (2016) que

apresentou um teor de umidade de 2,5%, na resina pura, enquanto que para a produção da

resina em RTM esse valor não passou de 1,3 % da massa total do material., comprovando os

melhores resultados finais sugeridos pela literatura para o método de injeção por vácuo.

Tabela 8. Resultados dos ensaios de teor de umidade.

Resina pura

Resina e piaçava

Resina e PET

Resina, PET e

Piaçava

Teor de

umidade

(%) Massa

Teor de

umidade

(%) Massa

Teor de

umidade

(%) Massa

Teor de

umidade

(%) Massa

1,3 1,07 0,7 1,19 1,5 1,06 0,4 1,15

2 1,12 0,8 1,14 0,4 1,04 0,8 1,15

1,2 1,09 1,2 1,16 1,2 1,00 1,2 1,15

1,8 1,08 0,2 1,20 1,2 1,03 1,2 1,17

1,5 1,09 0,7 1,19 1,3 1,04 0,7 1,16

1,3 1,07 0,7 1,19 1,2 1,00 0,8 1,15

1,8 1,08 0,8 1,14 1,2 1,03 1,2 1,15

1,5 1,09 0,7 1,19 1,3 1,04 0,7 1,16

Média 1,533 1,080 0,733 1,173 1,233 1,023 0,900 1,153

Desvio

Padrão 0,252 0,010 0,058 0,029 0,058 0,021 0,265 0,006

O menor teor de umidade foi encontrado no compósito com reforço/carga de piaçava,

isso pode ser justificado em função da cura da resina epóxi que se dá a uma temperatura

elevada, o que possivelmente causou a evaporação da água presente na fibra naturas, que por

ser porosa (Como espera-se da maioria das fibras naturais) permitiu a saída desse vapor

durante a cura, deixando o material mais seco. Quando na presença do PET, ou mesmo na

76

resina pura, a falta de um meio poroso que permitisse a saída do vapor durante a cura, fez com

que o a umidade continuasse presente no material.

Em termos de repetibilidade de resultados, pode-se observar que os produtos

reforçados com piaçava e PET individualmente foram os que apresentaram menores desvios

padrões, caracterizando-os como elementos capazes de conferir estabilidade no material, já o

compósito híbrido não garantiu tal estabilidade, apresentando desvio padrão semelhante ao da

resina pura.

Os valores foram bastante coerentes, visto que o compósito híbrido apresentou um

valor médio de teor de umidade intermediário com relação aos reforçados apenas com PET ou

apenas com piaçava.

4.3. Densidade

Após verificar a densidade dos 20 corpos de prova (5 em cada configuração proposta

pelo trabalho), chegou-se aos valores apresentados na Tabela 9.

Assim como foi feito com o ensaio de teor de umidade, desprezou-se os valores de

máximo e de mínimo, aproveitando os três resultados intermediários para efeito de

minimização de erro em função de quaisquer desconformidade no processo de produção e/ou

ensaio.

Tabela 9. Resultados dos ensaios de densidade.

Resina pura

Resina e

piaçava

Resina e

PET

Resina,

PET e

Piaçava

Densidade

(kg/m³)

Densidade

(kg/m³)

Densidade

(kg/m³)

Densidade

(kg/m³)

Valores coletados

1,161 1,141 1,164 1,162

1,155 1,153 1,17 1,158

1,156 1,154 1,163 1,157

1,162 1,155 1,172 1,16

1,164 1,159 1,161 1,161

Valores

intermediários

1,164 1,155 1,17 1,161

1,162 1,154 1,164 1,16

1,156 1,153 1,163 1,158

Média 1,161 1,154 1,166 1,160

Desv. Pad. 0,004 0,001 0,004 0,002

77

Dentre as quatro configurações, a que apresentou a menor massa por unidade de

volume foi a reforçada com piaçava, apresentando uma densidade média de 1,154 g/cm³. Tais

resultados foi condizente com as expectativas, visto que fibras naturais são em geral muito

leves, dessa forma, um material em presença de fibra natural tenderá a diminuir sua massa

específica.

A presença do PET causou um aumento nos valores de densidade do material,

chegando ao valor médio de 1,166 g/cm³.

Já o compósito híbrido mostrou-se em um valor intermediário entre as duas

configurações reforçadas com única fibra, apresentando uma densidade média de 1,160 g/cm³.

O reforço de piaçava causou uma maior estabilidade na massa do material,

apresentando um desvio padrão médio entre as amostras analisadas de 0,001 g/cm³.

Apesar das variações de valores, o que é de se esperar, essa variação pode ser

considerada desprezível, visto que com base na referência (Resina epóxi pura), a maior

variação da massa específica foi com relação ao compósito com reforço de piaçava, o qual foi

de apenas 0,6% de variação. Tal consideração pode ser visto com mais detalhe no gráfico da

Figura 62.

Figura 62. Gráfico das densidades.

0,7

0,73

0,76

0,79

0,82

0,85

0,88

0,91

0,94

0,97

1

1,03

1,06

1,09

1,12

1,15

1,18

1,21

Resina pura Resina e piaçava Resina e PET Resina, PET e Piaçava

DEN

SID

AD

E (g

/cm

³)

DENSIDADE

78

Em comparação com Ribeiro (2016) que utilizou a mesma resina para a produção do

compósito, entretanto com uma produção em hand lay up, a qual apresentou densidade da

resina de 1,194 g/cm³, o método de produção em RTM proporcionou uma redução da

densidade, em que a configuração de maior densidade (Compósito de PET e epóxi)

apresentou 1,166 g/cm³.

4.4. Absorção de água

Seguindo a recomendação da norma, foi realizado o procedimento de ensaio da

capacidade de absorção de água dos materiais.

Após os materiais ficarem submetidos por 24 horas em estufa a 50°C para a retirada da

umidade que pudesse estar presente, os corpos de prova foram pesados e imersos em água em

uma temperatura controlada de 23°C. Após isso foi medido a massa do material em períodos

pré determinados pela norma.

A estabilização dos valores foi alcançada após um total de 30 dias de ensaio.

Os valores médios obtidos desse ensaio podem ser visto na Tabela 10.

Tabela 10. Valores médios do teor de absorção de água

Teor de absorção de água (% de massa)

Dia do Ensaio Resina Pura Resina +

PET

Resina +

Piaçava

Resina + PET +

Piaçava

0 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000

1 0,82253 0,61283 1,12115 1,17341

2 0,92861 0,70333 1,38086 1,42792

3 1,04026 0,80718 1,59136 1,58236

5 1,18041 0,95469 1,97927 1,79332

7 1,12464 0,96613 2,19098 1,92953

9 1,18597 1,03519 2,46121 2,15655

12 1,40338 1,23925 2,81933 2,41106

15 1,54327 1,37891 3,03613 2,61090

22 1,91820 1,64650 3,34842 3,06464

30 1,72832 1,60359 3,41349 2,93151

No gráfico da Figura 63 é possível perceber melhor a curva de tendência de absorção

de água, e torna mais fácil de fazer análise dos resultados.

79

Figura 63. Gráfico da absorção de água ao longo dos dias de imersão.

Os dados utilizados para a plotagem do gráfico foram com os valores a partir do

primeiro dia de imersão, tal fato foi feito para que fosse possível a criação da equação

logarítmica que rege cada uma das curvas, visto que, com o primeiro valor nulo não seria

matematicamente possível a criação de tal equação.

O ensaio foi suspenso quando obteve-se a repetição de valores em dois ensaios

consecutivos. A norma sugere que essa finalização ocorra quando duas medições consecutivas

(em um intervalo de uma semana entre um e outro) seja inferior a 1% de variação nos valores

de teor de água. No caso dos resultados desse trabalho ocorreu uma pequena diminuição dos

valores, sendo essa diminuição atribuída a um pequeno erro de medição, visto que todo o

processo é feito de forma manual, possibilitando algum tipo de variação nos valores por

diversos motivos.

Observando os resultados obtidos, foi possível perceber que a inserção do PET

diminuiu a quantidade de vazios no material, isso já que a absorção de água se dá pelo

preenchimento dos vazios existentes no material, logo, como uma quantidade menor desses

espaços internos, houve uma diminuição da quantidade de água absorvida.

Opondo-se ao resultado do compósito de PET, a inserção de piaçava causou um

aumento da porosidade geral do material, fazendo com que este material tivesse uma absorção

de água que chegou a aproximadamente o dobro do que foi percebido na resina pura (3,41%

contra 1,73%). Tal fato é justificado pela porosidade da fibra natural, que permitiu a entrada

de fluido através de seus fibramentos internos.

No ponto de vista dessa análise, o compósito reforçado com PET se mostrou mais

satisfatório no que diz respeito a utilização em meio ao tempo, podendo ser aplicado em dias

y = 0,303ln(x) + 0,7049 R² = 0,8604

y = 0,3196ln(x) + 0,4801 R² = 0,9186

y = 0,576ln(x) + 1,0004 R² = 0,95

y = 0,7457ln(x) + 0,9002 R² = 0,9748 0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

-2 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31

Taxa

de

ab

sorç

ão (

%)

Dias de imerção

Média resina

Média Pet

Média Misto

Média Piaçava

80

chuvosos sem que haja a absorção de muita quantidade de água que venha a prejudicar sua

estrutura, ou até mesmo aumentar significativamente sua massa, vindo a comprometer o peso

inicial do projeto.

Os valores obtidos estão inferiores aos de Silva (2015) que trabalhou com resina de

poliéster como matriz, a qual apresentou 2,5% de absorção quando pura. Na adição de

resíduos de dendê o compósito chegou a absorver até 4% em determinadas configurações.

4.5. Resultados Térmicos

O ensaio realizado com o KD2 – PRO gerou os resultados de quatro propriedades

térmicas do material (Condutividade Térmica; Resistividade Térmica; Calor específico; e

Difusividade Térmica), os quais são discutidos individualmente, com suas respectivas

considerações.

4.5.1. Condutividade e resistividade térmica.

Em função da correlação entre as duas propriedades, os resultados de condutividade e

resistividade térmica serão expostos em uma análise conjunta.

Dessa forma tem-se na Figura 64 e Figura 65 os gráficos com o comparativo dos

valores dessas duas propriedades para análise.

Figura 64. Gráfico da condutividade térmica dos materiais

0,000

0,025

0,050

0,075

0,100

0,125

0,150

0,175

0,200

Resina Resina + PET Resina + PET + Piaçava

Resina + Piaçava

Condutividade Térmica (W/m.K)

1

2

3

Média

81

Figura 65. Gráfico da resistividade térmica dos materiais

O epóxi puro ou reforçado com PET apresentaram valores de condutividade e

resistividade térmicas muito parecidas, isso porque trata-se de dois polímeros, o que faz com

que se comportem de forma semelhante, termicamente. Dessa forma a inserção de PET na

resina não causou variação significativa nos valores, onde o compósito de PET apresentou um

valor médio de 0,178 K/cm.W, e a resina pura apresentou um valor médio de 0,176 K/cm.W.

A diferença entre as duas configurações foi de cerca de 1%.

A presença da piaçava fez com que a condutividade térmica do material tivesse uma

redução, isso se deu devido a fibra natural, que naturalmente é um isolante térmico. Sua

inserção no material contribuiu para a redução em cerca de 2% da condutividade térmica da

resina pura.

Embora a redução seja pequena, deixa claro que com o incremento de uma quantidade

maior de fibras, é possível obter-se uma redução ainda maior.

A quantidade de fibra foi limitada pela relação volumétrica (Resina/fibra) adotada para

todo o trabalho, entretanto, para a utilização do material como um isolante térmico, é possível

aumentar a quantidade de fibras, aumentando assim sua resistividade térmica.

O compósito hibrido se mostrou com uma condutividade térmica bem inferior às

outras configurações. Isso é justificado pela forte presença de vazios que se formaram durante

a cura da resina, na fabricação do compósito. Esses vazios são oriundos da evaporação da

umidade existente no interior das fibras de piaçava. No compósito reforçado apenas com

0,0

75,0

150,0

225,0

300,0

375,0

450,0

525,0

600,0

675,0

750,0

825,0

Resina Resina + PET Resina + PET + Piaçava

Resina + Piaçava

Resistividade Térmica (K/cm.W)

1

2

3

Média

82

piaçava esses vazios puderam fluir para as extremidades do material, entretanto, na presença

do PET, este agiu como uma barreira, mantendo as bolhas no interior da estrutura.

A confecção de corpos de prova muito espessos tem se mostrado ineficiente pelo

método de RTM, isso porque a pressão negativa no interior do molde durante a cura permite a

expansão de gases oriundos das fibras naturais, dificultando a repetibilidade de resultados.

Quando comparado com os valores obtidos por Filho (2015), que desenvolveu um

compósito utilizando látex como matriz, o compósito de epóxi obteve valores bastante

parecidos, sendo que o compósito híbrido de epóxi obteve condutividade média de 0,145

W/m.K, deixando-o como um isolante melhor que o látex, que apresenta condutividade

térmica média de 0,152 W/m.K.

4.5.2. Calor Específico

A análise do calor específico das configurações dos compósitos em estudo será feita

em função da Figura 66, a qual expõe o gráfico em barras com todos os valores coletados para

cada uma das configurações.

Figura 66. Gráfico do calor específico dos materiais

Fazendo a análise geral das quatro configurações baseados nos valores médios, tem-se

que o maior calor específico está no compósito de piaçava, o qual apresentou um calor

específico médio de 1,788 MJ/m³.K.

0,000

0,250

0,500

0,750

1,000

1,250

1,500

1,750

2,000

2,250

Resina Resina + PET Resina + PET + Piaçava

Resina + Piaçava

Calor específico(MJ/m³.K)

1

2

3

Média

83

A resina pura, o compósito de PET e o compósito misto tiveram valores médios de

1,779; 1,743 e 1,573 MJ/m³.K respectivamente.

Os vazios presentes no compósito híbrido (Conforme já comentado na seção anterior)

fizeram com que o houvesse a redução do calor específico do material, por essa razão, este

apresentou o menor valor entre todas as configurações.

Em função do ar possuir um baixo calor específico (1,005 kJ/kg.K), ou seja, é capaz

de alterar sua temperatura através do fornecimento de pouca energia, na presença desse fluido

inserido em um material, essa propriedade será mostrada nos valores do calor específico desse

corpo no qual o ar está inserido. Os valores observado foram coerentes com a expectativa

apontada pelas literaturas.

Gomes (2015) trabalhou com uma resina poliéster que apresentou um calor específico

de 1,9 MJ/m³.K quando pura. Ao acrescentar-se o reforço de madeira em pó este teve uma

redução da propriedade para um valor médio de 1,5 MJ/m³.K.

Já Neto (2016) que também trabalhou com poliéster, teve o calor específico do

compósito com reforço de sisal com valores médios de 1,85 MJ/m².K.

4.5.3. Difusividade Térmica

Partindo da Figura 67, a qual expõe o gráfico em barras com todos os valores de

difusividade térmica para cada uma das configurações, é feita a análise dos resultados dessa

propriedade.

Figura 67. Gráfico da difusividade térmica dos materiais

0,000

0,015

0,030

0,045

0,060

0,075

0,090

0,105

Resina Resina + PET Resina + PET + Piaçava

Resina + Piaçava

Difusividade Térmica (mm²/s)

1

2

3

Média

84

Sendo condizente com a literatura e com os resultados das propriedades térmicas

anteriormente analisadas, o baixo poder condutivo (Ou a alta resistividade térmica) do

compósito híbrido fez com que esta configuração apresentasse a menor difusividade térmica

(Valor médio de 0,092 mm²/s).

A resina pura, o compósito de PET e o compósito misto tiveram valores médios de

0,099; 0,102 e 0,097 mm²/s respectivamente.

Fazendo uma análise das quatro propriedades térmicas em conjunto, verifica-se que o

compósito híbrido possui a melhor capacidade de isolamento térmico entre todas as

configurações estudadas.

Costa (2017) Apresentou em um compósito de poliéster com pó de mármore valores

de difusividade térmica entre 0,11 mm²/s e o,40 mm²/s, dependendo da proporção do reforço.

O poliéster puro apresentou difusividade térmica de 0,096 mm²/s

4.5.4. Termogravimetria (TGA)

Partindo da Figura 68, a qual expõe os gráficos gerados pelos ensaios de TGA, pode-

se fazer a análise do material.

Figura 68. Resultado da Análise Termogravimétrica

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

PER

CEN

TUA

L D

E M

ASS

A (

%)

TEMPERATURA (°C)

TERMOGRAVIMETRIA

EPÓXI

EPÓXI & PIAÇAVA

EPÓXI & PET

HIBRIDO

PET

PIAÇAVA

85

Quando analisado os resultados individuais de cada componente, observa-se a boa

resistência à degradação do PET, que só inicia a redução de massa após os 380°C. A piaçava

possui a menor resistência inicial à temperatura, iniciando a perda de massa logo aos 54°C,

entretanto essa perda de massa da fibra natural ocorre sem uniformidade e não degrada

completamente, mantendo um teor de massa final de 27% da massa inicial, enquanto que

todos os outros elementos sofrem degradação até os 15% da massa inicial. O epóxi desintegra

90% de sua massa inicial.

Em todas as configurações de compósito com as fibras teve-se uma redução na

degradação final do material, fazendo com que a degradação total do material não

ultrapassasse os 85% da massa inicial.

Embora a piaçava pura sofra uma degradação final de no máximo 73%, quando na

estrutura de compósito a fibra natural se comportou igual à fibra de PET, degradando 85% de

toda a massa.

Devido à baixa concentração de fibras utilizadas, os resultados do ensaio de

Termogravimetria não teve variação significativa em todos os compósitos, deixando-os com

características semelhantes.

86

5. CONCLUSÕES

1 – Foi possível a obtenção das fibras de PET em padrões satisfatórios para a

utilização em materiais compósitos.

2 – Em grandes quantidades de resina, onde a dissipação de calor não seja suficiente e

a temperatura de cura do epóxi fique elevada, o PET sofre alteração pelo encruamento de suas

fibras, sendo assim, faz-se necessário um sistema de resfriamento para garantir as

propriedades originais do material.

3 – Devido à dificuldade de se obter fibras de piaçava em pequena espessura (Visto

que se trabalhou com fibras entre 1,0 mm 2,0 mm), em situações de resistência mecânica

(Tração, compressão, flexão) o material ficou fragilizado. Isso porque as dimensões dos

ensaios recomendados pela norma estavam muito próximas das dimensões das fibras, o que

causou a redução da resistência da secção transversal ao esforço.

4 – A força de adesão das fibras na matriz foram inferiores a força de cisalhamento da

matriz individualmente. Tal fato foi percebido ao ser observado microscopicamente o ponto

de ruptura e perceber-se que não ficaram partículas da matriz na fibra.

5 – Durante a cura, os materiais com reforço de piaçava facilitaram a saída da umidade

presente no material.

6 – No tocante da umidade do material, quando na presença de fibras naturais (que são

materiais porosos), a umidade do material obteve um baixo teor de concentração, isso devido

a essa porosidade permitir a saída da água durante o processo de cura do material, que ocorre

a uma temperatura elevada. Devido a essa mesma porosidade, as fibras naturais permitiram

uma entrada de umidade quando exposto em um ambiente úmido. Tais fatos foram

observados durante os ensaios de teor de umidade e o de absorção de água.

7 – O compósito híbrido (Resina + piaçava + PET) apresentou o maior módulo de

elasticidade quando submetido à esforços de tração, fazendo deste, um material favorável em

aplicações em que não é permitido grandes variações dimensionais durante esforços desta

natureza.

8 – O módulo de elasticidade, quando em compressão, foi prejudicado pelos reforços,

entretanto o prejuízo causado pelo PET foi mínimo, causando até mais estabilidade ao

material.

87

9 – Em análise térmica, o material híbrido (Resina + PET + Piaçava) foi o que teve

melhores características de isolante térmico, isso devido à presença da piaçava que por ser

uma fibra natural e possuir naturalmente propriedades isolantes, e do PET que impediu a

saídas dos gases produzindo espaçamentos internos preenchidos por ar que agem como

isolantes térmicos.

10 – Para aplicações mecânicas o compósito reforçado com PET se mostrou mais

adequado quanto às suas propriedades.

88

6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

1 – Fazer análises com diferentes quantidades e configurações de fibras.

2 – Implantar um sistema de resfriamento durante a cura, a fim de impedir grandes

aquecimentos dos materiais reforçantes e impedir a alteração das propriedades das fibras.

3 – Fazer um tratamento químico nas fibras de piaçava para a redução da lignina que o

recobre, melhorando assim sua adesão com a matriz.

4 – Fazer caracterização do compósito quanto ao ensaio de impacto.

5 – Fazer caracterização do compósito quanto ao ensaio de envelhecimento.

6 – Fazer a aplicação do material em protótipos.

89

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