ANÁLISE MECÂNICA DE TRAÇÃO DE RESÍDUO INDUSTRIAL DE CAULIM EM COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Silva, N.G. (UFPA) ; Farias, D.C. (UFPA) ; Santos, A.J.G. (UFPA) ; Costa, D.S. (UFPA) ; Souza, J.A.S. (UFPA)

Resumo

Os materiais compósitos têm conquistado um papel de destaque, pois demostram um alto potencial sustentável. Para a produção desse trabalho foram produzidos materiais compósitos de matriz poliéster isoftálica com inserção de carga de reforço de resíduo industrial de caulim com granulometria de 100 mesh. Produziu-se 12 (doze) corpos de prova de cada serie, os quais foram submetidos à avaliação por meio de ensaios de tração para determinar as propriedades mecânicas do material. As frações utilizadas de resíduo industrial de caulim foram de 10, 20, 30 e 40 %. Os resultados obtidos mostraram que houve aumento no limite de resistência a tração dos compósitos em relação à matriz plena. O melhor resultado de limite de resistência foi: 41,35 MPa na fração de 20%.

Palavras chaves

Materiais; Propriedades Mecânicas; Resistência

Introdução

Os compósitos são materiais compostos por duas ou mais fases de diferentes propriedades químicas e físicas, onde a mesma possui uma fase conhecida como matriz, que pode ser: cerâmica, metálica ou polimérica, e outra fase conhecida como reforço, podendo ser de: fibra, partículas ou folhas (CALLISTER, 2013). Os compósitos poliméricos apresentam alta resistência mecânica, devido suas características e a variedade de combinações entre a resina polimérica e a fase dispersa (COSTA, 2012). Segundo Borges (2017) a diversos estudos sobre as cargas minerais inseridas em misturas com polímeros, os compósitos, que visam estabelecer qual carga mineral é mais adequada para ser usada com um determinado tipo de polímero, de modo a se atingir propriedades previamente estabelecidas. Não é qualquer carga mineral que, misturada com determinado polímero, fará com que o compósito apresente as características físicas e químicas desejadas (LIMA, 2007). A indústria de beneficiamento do caulim, a qual produz resíduos à base de sílica, mica e caulinita geram diversos tipos e níveis de resíduos de caulim correspondente a 80 a 90 % do volume total explorado, ocasionando um grande impacto ambiental (ANJOS, 2011). O objetivo desse trabalho é a partir do estudo de compósito de resíduo industrial de caulim poderá ser produzido diversos materiais com baixo custo e alta resistência, para vários setores da indústria, como por exemplo, o da construção civil, dessa forma diminuído os impactos ambientais gerados pela indústria do caulim, pois seus rejeitos serão utilizados como material prima para novos produtos.

Material e métodos

Equipamentos utilizados Estufa, de Leo – Equipamentos Laboratoriais, T 50 °C a 250 ° C.; Balança analítica, Chyo modelo JK 200. Molde metálico, dimensões (320 mm x 172,5 mm x 5 mm). Prensa hidráulica, Marcon, modelo MPH-15, com capacidade de 15 ton. Materiais Resina Poliéster Isoftálica (Resina AM 910 AEROJET), de média reatividade, amarelada, não acelerada, com baixa viscosidade. Catalisador o produto comercial BUTANOX M-50. Acelerador de Cobalto, produto comercial denominado CAT MET UMEDECIDO (Solução de Octoato de cobalto 1,5 %). Resíduo industrial de caulim utilizado foi fornecido pela empresa Imerys Caulim, localizada no município de Ipixuna do Pará. METODOLOGIA Resíduo industrial Para se obter o resíduo industrial na granulometria desejada o material precisou passar por uma serie de operação unitárias, onde foi levado ao moinho de bolas por 1 h para que fosse desagregado, em seguida o caulim passou por uma técnica de granulometria a úmido manual em peneira de granulometria de 325 mesh, logo após o material peneirado foi levado para a estufa por um período de 24 h. Após o tempo na estufa o caulim peneirado foi cominuído com a ajuda do almofariz de porcelana e por fim este material passou pela técnica de granulometria em peneira de malha 100 mesh. Produção dos corpos de prova Para a produção dos corpos de prova, utilizou-se uma balança analítica para determinação de massas e volumes dos materiais necessários para cada placa de compósito de acordo com sua porcentagem (10, 20, 30 e 40%) de resíduo de caulim, O resíduo foi levado a estufa a uma temperatura de 105°C por aproximadamente 20 minutos. Após a produção das placas, foram realizados os cortes nas placas de com a norma ASTM D3039. Após a produção das placas, foram realizado o ensaio de tração.

Resultado e discussão

Os resultados obtidos nos ensaio de resistência mecânica, por meio do ensaio de tração são mostrados na tabela 1. Os resultados apresentados na tabela 1, mostram um aumento na resistência mecânica quando comparado com à matriz plena em todas as proporções, sendo que na proporção de 20% de resíduo de caulim, observa-se o maior valor de resistência a tração, já nas proporções de 10 e 30% nota-se uma menor resistência, a proporção de 40% e a que apresenta menor resistência a tração, que pode ser justificada pela maior quantidade de resíduo de caulim e menor quantidade de resina. Notou-se que o modulo de elasticidade também apresenta um aumento em relação a matriz plena, corroborando para o aumento das propriedades mecânicas, que foi verificado no ensaio de tração. A figura 1 ilustra o gráfico de barra comparativo da matriz sem carga e dos compósitos com adição de resíduo de caulim nas frações de 10, 20, 30, 40% quanto as suas resistências à tração. A figura 1 demostra o ganho na resistência do material quando comparado a matriz plena com o material nas demais proporções de resíduo, pode-se notar que o ganho na proporção de 20% de resíduo de caulim e maior que nas demais proporções.

Tabela 1 - Resultados do ensaio de tração de compósitos com reforço de resíduo de caulim.


Figura 1 – Comportamento de resistência à tração material compósito em função dos resíduos de caulim.

Conclusões

Os compósitos fabricados com a matriz poliéster isoftálica com inserção da carga de caulim, apresentou um resultado satisfatório, tendo em vista que houve aumento no limite de resistência a tração dos compósitos em relação à matriz plena. Pode-se considera que os compósitos com carga de caulim possuem um limite de resistência maior que ao material produzido apenas com a matriz poliéster isoftálica. O ensaio de resistência a tração em que se obteve melhor resultado foi na proporção de 20% onde o material produzido alcançou resistência de 41,35 Mpa, com módulo de elasticidade de 2,15 GPa.

Agradecimentos

Referências

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14724: informação e documentação – trabalhos acadêmicos – apresentação. Rio de Janeiro, 2011.

______. NBR 6023: informação e documentação – referências – elaboração. Rio de Janeiro, 2002.

ASTM D 3039 - 08, "Standard Test Method for Tensile Properties of Plastic (Metric)", Annual Book of ASTM Standards, American Society for Testing and Materials, 2005.

ANJOS, Cássia Mendonça dos. Utilização de resíduo de caulim em tijolos de solo-cal. 2011. 78 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil e Ambiental) – Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande, 2011.

BORGES, Daniel Reis. Influência do uso de fibras de bambu (bambusa vulgaris) tratadas químicamente em matrizes de polímero termofíxo carregadas com resíduo da indústria do cobre. 2017. (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal do Pará, Belém, 2017.

CALLISTER, William D., 1940- Ciência e engenharia de materiais: Uma Introdução/ William D. Callister, Jr., David G. Rethwisch; tradução Sergio Murilo Stamile Soares; revisão técnica José Roberto Moraes d’ Almeida. – [Reimpr.]. – Rio de Janeiro: LTC, 2013.

COSTA, Deibson Silva da. Caracterização de materiais compósitos de matriz poliéster e fibras de bambu, sisal e vidro e híbridos bambu/sisal, bambu/vidro e sisal/vidro. 2012. 106 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal do Pará, Belém, 2012.

GOMES, Djeones Santana. Avaliação da resistência ao impacto de compósitos de matriz poliéster reforçados com fibras naturais curtas. 2016. 46 f. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em engenharia mecânica) – Faculdade de Engenharia Mecânica, Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2016.