EFEITO DA ORIENTAÇÃO DO REFORÇO SOBRE A ABSORÇÃO DE ÁGUA EM COMPÓSITOS DE FIBRA NATURAL

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Pinheiro, C.H. (EEL-USP) ; Caetano Pinto da Silva, M.L. (EEL-USP)

Resumo

A utilização de materiais puramente sintéticos na preparação de compósitos vem sendo cada vez mais desestimulados nas variadas aplicações de engenharia devido a preocupação ambiental. Uma alternativa ecológicamente correta é a utilização da fibra de sisal como reforço de compósitos de matrizes poliméricas. Várias condições de preparação dos biocompósitos influenciam nas característicass finais do material. O presente estudo pretende avaliar a capacidade de absorção de água de compósitos de matriz epóxi reforçados com fibras de sisal em duas diferentes orientações. Observou-se um bom comportamento quanto a absorção de água para ambos os testes.

Palavras chaves

compósitos; absorção de água; sisal

Introdução

Atualmente há uma alta demanda de novos materiais que combinam simplicidade na produção, elevado padrão de qualidade, fornecimento em grande escala e baixo custo de fabricação. Os compósitos de matriz polimérica oferecem uma série de vantagens que os tornam desejáveis em inúmeras aplicações de alto desempenho, podendo substituir materiais tradicionais em partes funcionais de carros de corrida, componentes de aeronaves, acessórios esportivos e demais materiais corriqueiros de baixo custo (M. Elkington et al., 2015). O desenvolvimento de materiais compósitos “verdes” ou de materiais compósitos parcialmente biodegradáveis vem ganhando cada vez mais espaço no cenário acadêmico e privado devido a crescente preocupação ambiental com resíduos e ciclos de vida de produtos manufaturados. Grandes avanços vêm ocorrendo nas pesquisas em todo o mundo sobre o uso de fibras naturais para a produção de compósitos (ALAVUDEEN, A. et al. 2015). Fibras naturais têm sido aplicadas em diferentes formas como reforço em compósitos poliméricos, tais como continua, aleatoriamente orientadas ou como tecido tramado, tendo o último se mostrado mais atraente por proporcionar maior integridade e conformidade nas aplicações estruturais (LEVY NETO, F. et al., 2006) Para as fibras longas, como a fibra de sisal, pode-se destacar as arquiteturas de fios entrelaçados ou tecidos onde os fios permanecem mutuamente perpendiculares. Esse tipo de arquitetura é extremamente popular e permite que a peça alcance melhores resultados de resistência mecânica mudando apenas a disposição do reforço na peça (MALLICK, P. K. 2008) Uma outra característica importante que acaba comprometendo a resistência mecânica dos compósitos, é a capacidade de absorção de água. As fibras naturais, devido a natureza hidrofílica da planta, absorvem mais água em comparação as fibras de origem sintética utilizadas como reforço de compósitos de matriz polimérica. O presente estudo propõe a avaliação dos compósitos quanto a capacidade de absorção de água, usando a norma (ASTM D-570). Os compósitos foram preparados utilizando duas orientações de carga diferentes, sendo a primeira com fibra de sisal natural contínua unidirecional e a segunda de tecido de sisal natural tramado.

Material e métodos

Por meio da técnica de laminação manual (hand-lay-up) com compressão, foram preparados compósitos (120x45x3mm) de matriz epóxi, Araldite LY 1564 e endurecedor Aradur 2963, reforçados com fibras de sisal unidirecionais contínuas e outro com tecido tramado, também de sisal, ambas adquiridas no comércio local. Foram preparados corpos de prova somente com resina epóxi, para efeito de comparação. Após 24h, as peças foram cortadas nas dimensões 15x15x3mm, conforme norma ASTM D-570 modificada. Cinco corpos de prova (15x15x3mm) para cada tipo de compósito foram selecionados estatisticamente conforme o peso e a uniformidade das faces. Imergiu-se cada corpo de prova previamente pesado, em água deionizada a 23 °C (±2) . Após 2h os corpos foram secos levemente com papel e pesados. Em seguida foram novamente colocados em água e esse procedimento foi repetido a cada 24h até que não se observasse mais variação de massa significativa (96h). O teste foi executado também para os componentes individuais do compósito (fibra natural e epóxi).

Resultado e discussão

Os materiais foram designados como: fibra natural (FN), epóxi, compósito de fibra contínua (CFC) e compósito de fibra tramada (CFT). A Tabela 1 apresenta os resultados de absorção de água relativa ao peso no tempo igual a zero, com os respectivos desvios. A Figura 1 apresenta os dados de absorção de água relativa em função da raíz quadrada do tempo. As fibras naturais mostram uma alta absorção de água, em torno de 80% de seu peso inicial, logo nas duas primeiras horas. Esse resultado exprime a alta capacidade de absorção de água devido a natureza hidrofílica das fibras de origem vegetal (LOPES, F. F. M. et al 2008; MARTINS, F., 2016; SAHU, P. et al., 2017; Venkateshwaran N., et al 2012; ZHAI, Z. et al., 2016). O epóxi mostra um excelente comportamento quanto a absorção de água, absorvendo menos de 1% de seu peso inicial, enquanto os compósitos absorvem cerca de 6%, após 96 h de imersão. Nota-se que tanto o CFC quanto CFT apresentam comportamento semelhante quanto a absorção de água. Esse resultado mostra que os compósitos gerados satisfazem as condições de baixa absorção de água em compósitos como condição ideal de interface matriz/reforço visando um bom desempenho mecânico.

Conclusões

Os compósitos gerados apresentam um bom comportamento quanto a absorção de água, denotando que a orientação do reforço não foi relevante para os testes estudados.

Agradecimentos

Referências

ALAVUDEEN, A. et al. Mechanical properties of banana / kenaf fiber-reinforced hybrid polyester composites : Effect of woven fabric and random orientation. Materials and Design, v. 66, p. 246–257, 2015.]

LEVY NETO, F.; PARDINI, L. C. Compósitos estruturais: Ciência e tecnologia. 1a. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2006. ISBN 8521203977.

LOPES, F. F. M. et al. Efeitos dos tratamentos Superficiais na Redução da absorção de água nas fibras de sisal. Revista Brasileira de Educação Agrícola Superior, v. 23, n. 2005, p. 80–85, 2008.

MALLICK, P. K., Fiber-Reiforced Composites, Materials, Manufacturing, and Designe, 3. ed, Boca Raton, FL: CRC Press 2008.

MARTINS, F. Anatomy of the vegetative organs of Agave sisalana perrine ex engelm ( Agavaceae ). n. March 2012, 2016.


M. Elkington, D. Bloom, C. Ward, A. Chatzimichali & K. Potter (2015) Hand
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