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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
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