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Caracterização mecânica de compósitos reforçados com fibras obtidas de rejeitos

agroindustriais

José Roberto M. d’Almeida

Departamento de Engenharia de Materiais, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro

Porto Alegre, 28 e 29 de Novembro, 3° Workshop de Processamento e Propriedades de Materiais Compósitos e Nanocompósitos

Roteiro

•Introdução

•Motivação – Resíduos da agro-indústria

•Objetivos

•Métodos experimentais

•Resultados e discussão

•Conclusões

•Agradecimentos

Introdução

Vantagens:

•Materiais ecologicamente amigáveis;

•Biodegradáveis;

•Recursos renováveis

Plantação de coco, Alagoas

Mineração de cobre

Introdução

Plantação de Palmito Pupunha Bactris gasipaes

Captura de CO2

Vantagem:

28,27 toneladas de carbono por hectare

99,95 toneladas de CO2 removidas do meio ambiente

Motivação

Uso de um material sustentável

Relatório Bruntland - 1987

-Avalie métodos de conservar energia

-Procure oportunidades de reutilizar ou de reciclar materiais existentes

-Selecione recursos renováveis sempre que possível

G. Bruntland, ed., Our Common Future: The World Commission on Environment and Development (Oxford University Press, 1987).

Vantagens sociais:

O aumento do valor agregado a um produto pode contribuirpara a fixação do homem no campo, evitando sua migraçãopara os grandes centros urbanos.

Desafio

Produção Global Produção Local

Desenvolvimento de uma tecnologia comumAplicação local

Motivação

Green EnginneringU.S. Environmental Protection Agency, Proceedings of theGreen Engineering Conference: Defining the Principles,Sandestin, Florida, May 2003.

Motivação - Resíduos da agro-indústria

Corte em 18 a 24 meses

Objetivo� Desenvolver compósitos e aglomerados com

resíduos de pupunha

Compósitos e aglomerados reforçados por fibras curtas

+

Experimental

As fibras picadas e os pellets do polímero foram misturados + extrusão + pellets + injeção

1) Compósitos PP – pupunha

PP + 5%; 10%; 15% p de fibras picadas

• Ensaio de tração

– 10 corpos de prova por condição

– 50 mm/min

• Ensaio de fluência

– 3 corpos de prova por condição

– Tensão constante (3 MPa)

Experimental

0 100 200 300 400 500 6000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

Str

es

s (

MP

a)

T ime (s ec )

Experimental

2) Aglomerados PU – pupunha

As fibras e a matriz de PU foram misturadas manualmente;

A mistura foi espalhada na cavidade do molde;

O aglomerado foi obtido por moldagem por compressão;

Diversas razões fibra/matriz e duas densidades diferentes.

• Ensaio de flexão em 3 pontos

• 10 corpos de prova por condição

• Razão L/d = 12

Experimental

Compósitos PP – pupunha

• Ensaio de tração

Resultados

Não houve emprego de compatibilizante

Material Limite de escoamento

(MPa)

Módulo de elasticidade

(MPa)

Deformação na ruptura,

(%)

PP 21,6 ± 0,7 395,2 ± 6,6 453

Compósito 5%p 20.7 ± 0,7 396,6 ± 5,1 325

Compósito 10%p 20.2 ± 0,8 397,3 ± 5,4 359

Compósito 15%p 20.0 ± 1.5 401.1 ± 18.0 350

ResultadosCompósitos PP – pupunha

• Ensaio de tração

0 100 200 300 400 500 600300

350

400

450

500

550

Cre

ep

mo

du

lus

(M

Pa

)

T ime (s ec )

PP matrix

C ompos ite

Modelo do sólido linear padrão

Custo

Resultados

Compósitos PP – pupunha

• Ensaio de fluência

ESE

η

0 100 200 300 400 500 6000.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

a )

Str

ain

(%

)

T im e (s ec )

Aglomerados PU - Pupunha

Ensaio de flexão

Board density* Mass fraction σr (MPa) E(MPa)

50/50 3.4 ± 0.3 140 ± 28

60/40 6.2 ± 0.7 313 ± 63 LD (ρ = 600 g/m3)

70/30 8.3 ± 1.3 605 ± 68

50/50 9.9 ± 2.0 561 ± 32

55/45 10.7 ± 1.0 469 ± 50 MD (ρ = 800 g/m3)

60/40 12.7 ± 2.8 660 ± 121 *LD: Baixa densidade; MD: Média densidade

Os aglomerados marcados atendema norma ANSI A208.1 para painéisde uso interno (LD-1 e LD-2).

Resultados

Resultados

Aglomerados PU - Pupunha

Ensaio de flexão

P, kN

∆L, mm

Aglomerados PU - Pupunha

Ensaio de flexão

Resultados

Ruptura controlada

Resultados

a b

a) Placa de aglomerado cortada; b) Conjunto montado.

Usinabilidade

Conclusões• Resíduos da produção de palmito podem ser adequadamente tratados para produzir fibras curtas e fibras longas.

• Compósitos PP/pupunha apresentaram desempenho à tração e à fluência semelhante ao da matriz polimérica sem reforço:

- Relevância: há redução de custo;

- Relevância: com a incorporação de fibras vegetais ao polímero obtém-se um ciclo de vida mais sustentável (life cycle assessment).

• Aglomerados com propriedades mecânicas satisfatórias e com boa usinabilidade foram obtidos.

Conclusões

• Compósitos com outras frações de fibras e com fibras longas estão sendo desenvolvidos.

• Aglomerados híbridos com fibras de coco e de pupunha estão sendo desenvolvidos.

Trabalhos em andamento

• Os resultados mostram que com o emprego desses resíduos toda uma nova classe de compósitos e aglomerados pode ser desenvolvida.

Agradecimentos

Anderson Leandro Liberato da Silva

Bruno Carneiro Temer

Diana Carolina Parada Quinayá

Edson Sabino dos Santos