MINISTÉRIO DA DEFESA EXÉRCITO BRASILEIRO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA CURSO DE DOUTORADO EM CIÊNCIA DOS MATERIAIS VERÔNICA SCARPINI CANDIDO CARACTERIZAÇÃO E PROPRIEDADES DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS REFORÇADOS COM FIBRAS DE BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR. Rio de Janeiro 2014 INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA VERÔNICA SCARPINI CANDIO CARACTERIZAÇÃO E PROPRIEDADES DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS REFORÇADOS COM FIBRAS DE BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR. Tese de Doutorado apresentada ao Curso de Doutorado em Ciência dos Materiais do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do título de Doutora em Ciência dos Materiais. Orientador: Prof. Sérgio Neves Monteiro – Ph.D. Rio de Janeiro 2014 c 2014 INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha Rio de Janeiro – RJ CEP: 22290-270 Este exemplar é de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poderá incluí- lo em base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar qualquer forma de arquivamento. É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre bibliotecas deste trabalho, sem modificação de seu texto, em qualquer meio que esteja ou venha a ser fixado, para pesquisa acadêmica, comentários e citações, desde que sem finalidade comercial e que seja feita a referência bibliográfica completa. Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do(s) autor(es) e do(s) orientador(es). 629.892 Candido, Verônica Scarpini S455h Caracterização e propriedades de compósitos poliméricos reforçados com fibras de bagaço de cana-de-açúcar; orientado por Sergio Neves Monteiro – Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2014. 188p. : il. Tese (doutorado) – Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, 2014. 1. Ciência dos Materiais – teses e dissertações 2. Materiais Compósitos. 3. Caracterização dos materiais I. Monteiro, Sergio Neves. II. Título. III. Instituto Militar de Engenharia. 3 4 Rio de Janeiro 2014 Este trabalho é dedicado a mim que não desisti em nenhum momento do meu objetivo e superei todas as dificuldades. 5 AGRADECIMENTOS A Deus por ter me dado a vida e a chance de fazer de cada dia um novo recomeço. Aos meus pais, minha irmã e minha segunda mãe pelo incentivo. À Felipe Fajardo por ser meu porto seguro Ao meu orientador Sérgio Neves Monteiro por ter acreditado em mim e nunca ter deixado de me ensinar um pouco a cada dia. Levarei seus ensinamentos por toda minha vida. Obrigada! Aos professores do IME pela dedicação e ensinamentos que contribuíram para minha formação. Ao Professor T.C. Sousa Lima, Professor Frederico Margem e à Professora Bluma Guenther que foram essenciais para o esclarecimento de dúvidas que surgiram durante a confecção dessa tese. Aos técnicos do IME e do LAMAV - UENF que permitiram que meus experimentos fossem realizados. Ao LNDC (COPPE – UFRJ), IMA (UFRJ), CBPF e ao LAMAV (UENF) pelos ensaios realizados durante minha tese. Aos amigos que fiz no IME e que serão para a vida toda: Suzana Arleno, Jheison Lopes, Cirene Prata, Rayanne Dézio, Jandir e Elson Renato. O apoio, amizade e força foram essenciais para que pudesse chegar ate aqui. Vocês tornaram essa caminhada algo mais leve e divertido. Aos alunos de Iniciação científica que foram essenciais para esse trabalho. A todos os meus amigos e amigas que de uma maneira ou de outra sempre me apoiaram e trouxeram palavras de conforto e incentivo. Ao lado de vocês consegui forças para chegar ao final. Ao Michel Picanço e Felipe Perissé pela amizade, parceria e troca de conhecimentos ao longo de todos esses anos de amizade. 6 “A persistência é o caminho do êxito”. CHARLES CHAPLIN 7 SUMÁRIO LISTA DE ILUSTRAÇÕES.........................................................................................11 LISTA DE TABELAS..................................................................................................20 1 INTRODUÇÃO.................................................................................................25 2 OBJETIVOS..................................................................................................27 2.1 Objetivo Geral................................................................................................27 2.2 Objetivos Específicos....................................................................................27 3 JUSTIFICATIVAS..........................................................................................28 4 ORIGINALIDADE..........................................................................................29 5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.........................................................................30 5.1 Fibras Lignocelulósicas.................................................................................30 5.1.1 Fibras de Bagaço de Cana-de-açúcar...........................................................38 5.2 Polímeros.......................................................................................................41 5.2.1 Resinas Poliméricas......................................................................................42 5.2.2 Resina Epóxi..................................................................................................42 5.2.3 Resina Poliéster.............................................................................................45 5.3 Materiais Compósitos Reforçados com Fibras..............................................46 5.3.1 Compósitos Poliméricos Reforçados com Fibras de Bagaço de Cana-de- açúcar. ..........................................................................................................49 5.4 Blindagem Balística......................................................................................53 6 MATERIAIS E MÉTODOS...........................................................................55 6.1 Materiais Utilizados......................................................................................55 8 6.2 Caracterização das Fibras de Bagaço de Cana-de-açúcar..........................55 6.2.1 Beneficiamento da Matéria-Prima................................................................55 6.2.2 Determinação da Massa Específica das Fibras...........................................56 6.3 Análises Térmicas das Fibras e dos Compósitos.........................................57 6.4 Análise Termo-Acústica da Fibra de Bagaço de Cana-de-açúcar................58 6.5 Espectroscopia Vibracional no Infravermelho (FTIR)...................................60 6.6 Preparação dos Compósitos Utilizados nos Ensaio Mecânicos...................61 6.7 Ensaios Mecânicos.......................................................................................64 6.7.1 Ensaio de tração nas fibras de bagaço de cana-de-açúcar.........................64 6.7.2 Ensaios de Flexão,