Obtenção e caracterização de compósitos de polietileno de alta densidade ? pead a partir de fibras de côco, bananeira e casca de pinhão

Obtenção e caracterização de compósitos de polietileno de alta densidade ? pead a...

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1 OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS DE

Kelly A. Cardoso1; Marcel F. dos Santos1; Cleber Fenili1

1Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC / Departamento de Engenharia de Materiais, Campus I, Av. Universitária nº 1105.

RESUMO: Neste trabalho foram avaliados os resultados obtidos na preparação de compósitos entre uma matriz polimérica de PEAD virgem e fibras de coco, bananeira e casca de pinhão. O material foi extrudado inicialmente na extrusora Oryzon OZ-E-EX-L22 para obtenção dos peletes. Posteriormente o material em forma de peletes foi injetado empregando a injetora Himaco LHS 150-80 para obtenção dos corpos de prova. Foram produzidos corpos de prova com diferentes teores de fibra (5%, 10% e 15%). A caracterização do compósito foi realizada através de ensaios mecânicos, ensaio de absorção de água, inchamento, densidade, microdureza e por Microscopia Óptica. Os resultados mostram que a casca de pinhão apresentou uma maior eficiência nos testes realizados em comparação com as demais fibras utilizadas. Palavras Chave: compósitos, fibras de coco, fibras de bananeira, casca de pinhão, matriz polimérica,

As fibras naturais estão tendo aplicação crescente como reforços em polímeros (termofixos e termoplásticos) devido as suas propriedades intrínsecas, como boa resistência mecânica e baixa densidade. Um método adequado de combinar estas propriedades a partir de diferentes materiais é o desenvolvimento de compósitos. Os compósitos reforçados por fibras naturais podem ser aplicados em diversas áreas, desde a indústria automotiva, embalagens e até na construção civil. Além das vantagens relacionadas às propriedades e características das fibras vegetais (baixo custo, baixa densidade, flexibilidade de processamento), elas são oriundas de fontes renováveis, disponíveis (muitas vezes como resíduos), biodegradáveis, combustíveis, entre outros. Alguns estudos têm demonstrado, ainda, que tratamentos químicos, realizados nas fibras, melhoram significativamente a adesão interfacial fibra/matriz. A estrutura e natureza da interface fibra-matriz desempenha um papel importante nas propriedades mecânicas e físicas dos materiais compósitos, porque é através desta interface que ocorre a transferência de carga da matriz para a fibra. Além das características interessantes inerentes às fibras vegetais, o interesse ambiental e industrial pela reciclagem de plásticos vem crescendo consideravelmente. [1]

Neste contexto o objeto de estudo deste trabalho foi o processamento, com a utilização de uma matriz de PEAD e avaliação das propriedades mecânicas antes e após a incorporação das fibras.

Para a matriz polimérica utilizou-se o PEAD e como materiais de reforço foram adotadas as fibras de bananeira, coco e casca de pinhão. Para a secagem e pesagem dos materiais foram utilizadas uma estufa e uma balança analítica com 5 dígitos. Foi utilizada uma extrusora Oryzon OZ-E-EXL22 na preparação dos grãos e em seguida a injetora Himaco LHS 150-80.

MÉTODOS Preparação das Fibras

Casca do Pinhão: As cascas foram limpas e secas em uma estufa de laboratório, a uma temperatura de 60 ºC até a eliminação total da umidade. Não foi aplicado nenhum tipo de tratamento superficial. Após a secagem as cascas foram cortadas em um moinho de facas. Foram produzidos corpos de prova com percentuais de 5% e 10% de casca de pinhão.

Fibra de Coco: A fibra utilizada foi extraída a partir da casca do coco verde. A extração das fibras foi manual sendo que após a extração foi realizado um tratamento superficial. Este tratamento consiste na imersão da fibra em água fervente por cerca de uma hora. Após o tratamento a fibra foi seca ao ar livre durante 1 semana. As fibras secas foram cortadas com uma tesoura manualmente com comprimento

Na figura 1 está representada a fibra de coco.

Figura 1 – Fibras de coco. [4]

Fibra de Bananeira: As fibras de bananeira foram extraídas a partir do pseudocaule da bananeira manualmente. Após a extração, as fibras foram secas ao ar livre por 1 semana sem tratamento superficial. As fibras secas foram cortadas com uma tesoura manualmente com comprimento de 0,5 cm. A figura 2 mostra as fibras após a secagem ao

Figura 2 - Fibra extraída do pseudocaule da bananeira seca ao ar. [3]

Foi utilizada a extrusora Oryzon OZ-E-EX-L22 para homogeneização das amostras em diferentes concentrações de fibras. Foram adotadas as temperaturas de 160 ºC, 165ºC, 170ºC e 175ºC para as zonas 1,2,3 e 4 respectivamente e adotou-se como velocidade padrão 80 rpm. Em seguida o material foi injetado nas seguintes concentrações:

• Casca de Pinhão: 5% e 10%.

Os parâmetros adotados para a injeção foram de 150 ºC, 160ºC e 160ºC nas zonas 1,2 e 3 respectivamente. Após a injeção dos corpos de prova os mesmos foram submetidos a analise de resistência mecânica em uma máquina EMIC. Foram realizados também os ensaios de densidade, absorção de água, inchamento e dureza. Na figura 3 estão representados os corpos de prova com fibra de bananeira 15% (esquerda), e com fibra de coco 15% (direita).

Figura 3 – Corpos de Prova. AVALIAÇÃO DO MATERIAL

ENSAIO DE TRAÇÃO Foi realizado o ensaio segundo procedimento descrito na norma ASTM-D638, velocidade do ensaio de 100 m/min, na Máquina Universal

de Ensaios Mecânicos EMIC DL 10000. [1]

ENSAIO DE DENSIDADE Para o ensaio de densidade as amostras foram previamente identificadas e então preparados os corpos de prova de área superficial de aproximadamente 1 cm2 .

ENSAIO DE ABSORÇÃO DE ÁGUA Foram cortados os corpos de prova nas dimensões de 4 cm por 1 cm. Foram determinadas as massas e espessuras das amostras, e em seguida foram mergulhadas em copos de béquer contendo aproximadamente 400 mL de água deionizada. As amostras permaneceram em água durante 24 horas, e quando retiradas foram novamente medidas suas massas e espessuras. [1]

DUREZA A análise de dureza foi realizada conforme procedimento descrito na norma técnica ASTM D 2240 com tempo de 4s no equipamento

Durômetro Westop Tipo D. [1]

Tabela 1 – Valores de Absorção de água, Densidade e Dureza dos compósitos.

Matriz PEAD

Teor de Absorçã o de Água (%)

Densidade (%)

Dureza (± 5% Shore D)

Os ensaios mostram que as fibras de bananeira, coco e casca de pinhão influenciam nas propriedades como absorção de água, densidade e dureza Shore D. O ensaio de absorção de água mostra que o polímero virgem absorveu mais água do que os materiais compósitos. Somente os compósitos de fibra de bananeira contendo 5% e 10% mostraram resultados incoerentes. Os resultados do ensaio de inchamento não foram relatados, pois não houve alteração. No ensaio de densidade os materiais compósitos também apresentaram densidades menores quando comparados ao material virgem. Houve também um pequeno aumento da dureza com a adição dos reforços.

Tabela 2 – Resultados ensaio de tração. Módulo (Mpa)

Amostras

Bananeira 5%

Bananeira 10 %

Bananeira 15 %

Amostras Coco 5%

Coco 10 %

Coco 15 %

Amostras

Pinhão 5%

Pinhão 10%

DP 717 101 *DP = Desvio Padrão

Abaixo segue a tabela 3 referente aos resultados do ensaio de tração para o PEAD virgem.

Tabela 3 – Resultado ensaio de tração PEAD.

DP 195,1 *DP = Desvio Padrão

Os compósitos a base das fibras de bananeira e coco não apresentaram resultados satisfatórios em relação à resistência mecânica e ao módulo de elasticidade, sendo que os valores apresentados foram menores que os valores do PEAD virgem. Entretanto, os compósitos com casca de pinhão apresentaram um aumento nas propriedades mecânicas, pois os limites de resistência e o módulo elástico foram maiores que os resultados obtidos para as demais fibras e para o PEAD virgem.

As microscopias que serão apresentadas a seguir são referentes ao compósito reforçado com a casca de pinhão.

Figura 4 – Microscopia Óptica (casca de pinhão). 1 m

Figura 4 a - Microscopia Óptica Fratura luz normal (casca de pinhão).

Figura 4 b - Microscopia Óptica Superfície (casca de pinhão).

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