ESTUDO DA INSERÇÃO DE LATERITA EM COMPÓSITOS POLIMÉRICOS: RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Mota, T.C. (UFPA) ; Mendes, B.H.A. (UFPA) ; Sales, S.S.P. (UFPA) ; Santos, L.G.S. (UFPA) ; Cunha, E.J.S. (UFPA) ; Costa, D.S. (UFPA) ; Souza, J.A.S. (UFPA)

Resumo

Foram confeccionados compósitos de matriz polimérica com incorporação de Laterita ferruginosa. Para a produção foi utilizada a resina poliéster isoftálica, acelerador de cura e iniciador de reticulação. As frações volumétricas aplicadas foram determinadas com base em testes de mistura e determinação do tempo de ponto de gel. Foram confeccionados compósitos com adição de 5, 10, 20 e 30% de particulado. A determinação da composição química do resíduo foi feita através de EDS e os ensaios de tração foram realizados conforme a Norma ASTM D638. Os resultados indicaram uma concentração elevada de Ferro e Alumínio no material, já a análise de tração indicou boa mistura entre os componentes até a fração de 20%, a partir da qual, o material apresentou redução na propriedade analisada.

Palavras chaves

Tração; Compósito; Laterita

Introdução

Os materiais compósitos são formados pela mistura de outros materiais com o objetivo de melhorar a qualidade de um produto final seja química, mecânica ou fisicamente. Alguns fatores são importantes para a determinação das propriedades finais, dentre os quais a interação entre os constituintes. Geralmente são usados nos compósitos fibras ou particulados, além de compósitos híbridos com os dois tipos de constituintes, sendo que, os particulados tendem a ser mais frágeis que as fibras, mas compensam por seu baixo custo (CAMPBELL, 2010). A utilização de resinas termofixas como matriz para compósitos é grande e apresenta vantagens significativas, dentre as quais: baixo custo, estabilidade térmica e dimensional, considerável resistência e facilidade para moldagem. Em contrapartida, é necessária a utilização de material para reforço devido a sua baixa resistência à fratura. Polímeros, também chamados de resinas, são usados devido às várias vantagens como o seu baixo custo, estabilidade térmica, resistência química a altas temperaturas e facilidade de se moldar peças com grandes dimensões. Porém, a sua baixa resistência à fratura faz-se necessário a introdução de reforços (SANCHEZ et al., 2010; MAHESHWARI et al., 2015; DAVALLO et al., 2010). A laterita é um tipo de solo muito alterado com grande concentração de hidróxidos de ferro e alumínio. A laterização é o resultado de um longo processo de transformação do solo, com a ação do vento, da chuva e outras condições climáticas. Os solos originados por este processo são também chamados solos lateríticos (PENTEADO, 1983). Desta forma, foram produzidos compósitos de matriz poliéster isoftálico com adição de laterita em diferentes percentuais para avaliação da resistência à Tração conforme a Norma ASTM D638.

Material e métodos

Os materiais de partida utilizados para a produção dos compósitos foram: Resina Poliéster Isoftálica de média viscosidade e não acelerada, acelerador de Cobalto, Iniciador de Peróxido de Metil Etil Cetona, Desmoljet líquido e laterita ferruginosa. Inicialmente foram efetuados testes preliminares para a determinação das frações aplicadas no trabalho, quando à determinação do tempo de ponto de gel e dos limites de mistura até a saturação. O processo utilizado para os testes de mistura e para a produção dos corpos de prova foi o Hand Lay Up em molde aberto à temperatura ambiente, utilizando-se um molde de silicone de acordo com a norma ASTM D638. Os constituintes foram inseridos em frações mássicas de 5%, 10%, 20% e 30% de Laterita. O processo de produção consistiu da adição do acelerador de cobalto (1,5% da massa de resina) em resina agitando até a dissolução completa. Após esse processo insere-se a quantidade previamente medida de laterita agitando novamente para a homogeneização do material e por fim adiciona-se o iniciador (1% da massa de resina). Para o ensaio de tração foram produzidos 5 corpos de prova, conforme norma ASTM D638. O ensaio foi realizado no Laboratório de Engenharia Mecânica em uma máquina de ensaio universal da marca KRATOS - KE 2000 MP, com célula de carga de 5 kN e velocidade de 2 mm/mim.

Resultado e discussão

A Figura 1 apresenta a composição química do resíduo utilizado, obtido através de Espectroscopia de raio X por dispersão em energia (EDS), onde nota-se uma elevada quantidade de compostos de Ferro e alumínio, em forma de óxido e hidróxido, bastante característico do processo de formação do material. Para os testes de mistura, em virtude do tempo de ponto de gel e da capaciade de percolação da resina no meio particulado, foi possível a obtenção dos compósitos até um limite de 30%, acima do qual tornou-se inviável a produção sem sedimentação e aglomeração do particulado. A Figura 2 apresenta os corpos de prova produzidos para a determinação das misturas.A Tabela 1 apresenta os resultados de resistência à tração das diferentes frações adotadas, onde se pode notar uma tendência na manutenção da resistência com a inserção Laterita, em torno de 17 MPa, indicando, para um percentual de até 20%, uma significativa interação entre a matriz e a carga. Contudo, com 30% de particulado a resistência do compósito diminuiu, o que pode ser causado pela saturação da matriz, dificuldade de dispersão e distribuição, por se tratar de um material que apresenta cargas de superfície e tendência a aglomerar (Cunha, 2015).

A Figura 1 apresenta a composição química obtida por EDS.


A Figura 2 apresenta os corpos de prova utilizados para a realização dos testes de mistura e determinação do ponto de gel


A Tabela 1 apresenta os resultados de tração com seus respectivos desvios padrões.

Conclusões

A partir dos resultados obtidos conclui-se que o processo foi satisfatório para a fabricação dos compósitos nas frações analisadas. O ensaio de tração demonstra que os materiais apesar de não gerarem um aumento na resistência, não ocasionaram um impacto negativo até a fração de 20% em volume. Dessa forma, a inserção de Laterita como reforço na matriz de Poliéster não foi significativa, funcionando somente como enchimento, garantindo uma redução na quantidade de resina e reaproveitando materiais sem valor econômico agregado.

Agradecimentos

Referências

CAMPBELL, F. C. Introduction to Composite Materials. In: ______. Structural composite materials. ASM International, 2010. p. 1-10.
CUNHA, E. J. de S. Influência do uso de resíduos do processo Bayer nas propriedades térmicas e mecânicas de compósitos de base polimérica reforçados com fibra de curauá (ananas locidus. Mill). 2015. 152 f.: Tese de Doutorado (Doutorado em Ciências e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal do Pará, Instituto de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais, Belém, 2015
DAVALLO, M.; PASDAR, H.; MOHSENI, M. Mechanical properties of unsaturated polyester resin. International Journal of ChemTech Research, v. 2: p, 2113-2117, 2010.
MAHESHWARI, N.; THAKUR, S.; NEOGI, P.; NEOGI, S. UV resistance and fire retardant property enhancement of unsaturated polyester composite. Polym. Bull. v.72: p.1433-1447, 2015.
PENTEADO, M.G. Fundamentos de Geomorfoloogia. 3 ed. IBGE. Rio de Janeiro, 1983.
SANCHEZ, E. M.; CAVANI, C. S.; SANCHEZ, C. G. Compósitos de resina de poliéster insaturado com bagaço de cana-se-açúcar: Influência do tratamento das fibras nas propriedades. Polímeros, v. 20: p. 194-200, 2010.