RudsonDeSouzaLima-TESE

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Humanas / Sociais

Estude com artigos

09/05/2023

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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

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.

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.

“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 TransmissãoMEV – 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

11 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 emcompósitos 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

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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 formulaçõespara 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 decompósitos 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.

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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