Análise mecânica de resistência a flexão de uma madeira plástica conformada a

31

Revista de Cincias da Amaznia, Macap, n. 1, v. 2, p. 31-37. 2013.

Anlise mecnica de resistncia a flexo de uma madeira plstica conformada a

partir de resduos

Mechanical test of bending strength of a wood plastic paper conformed from

residues

Joo Antonio Pessoa da Silva1

Felipe Fernando da Costa TavaresII

RESUMO

Este trabalho avaliou o comportamento mecnico de resistncia flexo em trs pontos

de duas formulaes de compsitos: a primeira de matriz polimrica (resduos na

forma de garrafas PET), reforados com resduo vegetal de madeira, uma biomassa

proveniente da indstria de cavacos (tratados e no tratados com NaOH 10% m/v e

classificados nas peneiras Tyler 35, 14 e 8), a segunda constituda com a mesma matriz

polimrica e semelhante resduo vegetal tratado com NaOH 10% m/v e classificado na

peneira Tyler 14, porm com adio do resduo caulintico. Confeccionaram-se corpos

de prova que foram submetidos ao ensaio de resistncia flexo conforme a norma

ASTM D 790. Na anlise dos resultados verificou-se inviabilidade da primeira

combinao. Entretanto, na segunda, quando adicionado mistura PET / resduo

vegetal, o resduo do beneficiamento de caulim, observou-se uma melhora gradativa do

rendimento mecnico em funo da adio do resduo.

Palavras-chave: PET, caulim, compsitos, reciclagem, termodegradao.

ABSTRACT

This study evaluated the mechanical behavior of three point flexural test in two

formulations of composites: first a polymer matrix composite (in the form of residue

PET bottles) reinforced with wood waste, a biomass from the chip industry (treated and

not treated with NaOH 10% w/v classifieds in Tyler sieves 35, 14 and 8), the second

consisting of the same polymeric matrix and similar biomass residue treated with

NaOH 10% w/v and classified Tyler sieve 14, but with addition of kaolinitic residue.

Confected up samples that was submitted to mechanical test of bending strength of

according to ASTM D 790. In analyzing the results it was found infeasibility of the first

combination. However, in the latter, when it is added to the mixture PET / biomass

residue, the kaolin, showed a gradual improvement in mechanical efficiency.

Keywords: PET, kaolin, composite, recycling, thermodegradation.

Recebido em 10.01.2013. Aprovado em 03.12.2013. Publicado em 13.01.2014. 1Graduando em Engenharia Qumica - Universidade do Estado do Amap (UEAP) - Av. Presidente

Getlio Vargas, 650. Centro. 68900-070. Macap AP Brasil. Email - [email protected] IIProf. Me. - Curso de Engenharia Qumica - UEAP.

32


INTRODUO

A quantidade de lixo que gerada

no mundo alarmante e tem causado

impactos ao meio ambiente e para o ser

humano.

Em alguns pases como Japo,

Alemanha e Canad, as empresas so

consideradas responsveis pelos

impactos produzidos na natureza e no

bem estar da sociedade atravs da ao

de seus produtos, includo, em alguns

casos, o perodo que sucede a vida til a

que foram gerados. Estas empresas

assumem esta responsabilidade

preferencialmente atravs de acordos

voluntrios, tendo assim, a participao

na preocupao com o descarte desses

produtos, agora rejeitos, na natureza

(CHEHEBE, 1997).

Neste contexto, a madeira

presente em todas as pocas da

sociedade humana, utilizada para o

desenvolvimento tecnolgico em cada

uma delas, uma fonte de matria

prima renovvel, cujas aplicaes

tambm se do pelo desenvolvimento

de novos projetos de produtos. Apesar

de potencialmente renovvel, sua

produo ainda alvo de ilegalidade e

desperdcio ao meio ambiente. Assim

empresas que beneficiam madeira

produzem rejeitos que so descartados

formando imensas pilhas de resduo,

chamadas de biomassa, causando

diversos tipos de poluio alm de

diversos outros problemas ambientais e

sociais (SOBRAL et al., 1999).

Nesta mesma circunstncia, a

produo mineral uma atividade

econmica muito importante, pois

impacta na economia do mundo.

Empresas que beneficiam minerais

como o caulim possuem um elevado

volume de produo, porm so

responsveis pela gerao de resduos

que so armazenados no meio ambiente,

que por sua vez podem ocasionar algum

risco ambiental, caso no sejam

tomadas as devidas precaues por

parte da empresa geradora do resduo.

Outro material que tem

importante papel no desenvolvimento

tecnolgico e social, onde tambm

ocorrem problemas ambientais so os

polmeros, mais conhecidos como

plsticos, em especial o polietileno

teraftalato (PET), que passou a ser um

material comum e gradativamente

importante para a sociedade consumista.

No entanto, por falta de polticas

pblicas eficientes, aliadas a

imprudncia da sociedade, os plsticos,

passaram de estado da arte tecnolgico

para um mal necessrio moderno

(TAVARES, 2007).

Por consequncia, este trabalho

estudou a viabilidade (por meio de

ensaio mecnico de resistncia flexo

(RF) em trs pontos), da produo de

dois compsitos processados a partir de

trs resduos processados na Regio

Norte, mais precisamente no Estado do

Amap: o resduo do beneficiamento do

caulim proveniente da empresa Caulim

da Amaznia S.A. (CADAM); o resduo

proveniente do beneficiamento da

madeira para produo de cavacos pela

empresa Amap Celulose S.A.

(AMCEL), a biomassa, e garrafas PET

coletadas na Universidade do Estado do

Amap.

MATERIAIS E MTODOS

Duas composies foram

estudadas: a primeira, codificada por

A, com 5% de biomassa (tratada e no tratada com NaOH 10% m/v,

variando-se a granulometria da

biomassa em valores inferiores ao Tyler

35, 14 e 8), e 95% de PET. A segunda

codificada por B, uma mistura da primeira composio A (usando-se apenas biomassa tratada com

granulometria inferior ao Tyler 14),

33


com adio de percentuais de caulim em

0, 10, 20 30, 40 e 50%.

Tratamento das amostras

Tanto para a composio A

quanto para composio B, as amostras

de PET foram obtidas na forma de

garrafas plsticas ps-consumo. Estas

garrafas foram lavadas com gua, secas

ao ar e modas manualmente em chapas

de 4x4 cm. Em sequncia o material foi

levado para estufa Solotest modelo EEL

81 08 B 11, onde foi seco a 70oC. Aps

24 horas de secagem, a amostra

triturada foi disposta em formas de ao

para aquecimento no forno mufla

Indstrias Fornus Magnus a 270oC por

aproximadamente 5min, em seguida

retirou-se e aguardou-se resfriamento a

temperatura ambiente at solidificao e

formao de um bloco de PET. Depois

o bloco foi britado manualmente,

obtendo-se britas de 3 a 4 cm. Por fim,

passou-se a brita em moinho de martelo

da Solab, modelo SL-034 e de facas da

Solab, modelo SL 33, finalizando com a

classificao granulomtrica em peneira

de Tyler 35 para obteno de areia de

PET.

A biomassa foi ento levada a

estufa para secagem na temperatura de

80oC por 48 horas, depois moda em

moinho de facas e ento classificada em

peneiras srie Tyler 35, 14 e 8, obtendo-

se trs pores de biomassa. Aps

classificao, conforme Santos (2009),

cada poro foi dividida em duas partes,

pegando uma parte de cada poro e

tratando com NaOH 10% m/v, depois a

biomassa tratada foi lavada at pH

neutro.

O resduo de caulim passou por

secagem a 120oC por 24 horas. Foi

fragmentado manualmente e depois

modo em moinhos de facas. Finalizou-

se o tratamento obtendo-se o passante

na peneira Tyler 35.

Conformao dos corpos de prova

para composio A

Estando as matrias primas

preparadas foram separadas as

composies de acordo com a Tabela 1.

Para referencial preparou-se corpos de

provas com 100% de PET.

Na preparao do compsito,

tendo todos os materiais secos, o PET

foi levado ao forno mufla a 270oC em

uma forma de ao. Estando o polmero

no estado fluido (decorridos 15min no

forno), o material foi retirado do forno e

misturado manualmente (com ajuda de

uma esptula), com a madeira em p.

Tabela 1: Distribuio granulomtrica de biomassa tratada e no tratada com NaOH.

Granulometria

(Tyler)

Serragem

tratada

Serragem

no tratada

Codificao Codificao

35 C-35-T C-35-NT

14 C-14-T C-14-NT

8 C-8-T C-8-NT

Estando misturado e ainda

viscoso entornou-se o fluido no molde

de ao para obteno do CP de madeira

plstica. Os corpos de provas foram

conformados sob uma compresso de 1

kg, usando-se para isso uma prensa

manual hidrulica de marca Tecnal de

16 toneladas. Em sequncia o CP foi

desmoldado, ver figura 1.

34


a b c d e f g

Figura 1: CP`s conformados, onde: a) o CP de PET sem adio de resduo, b)

composio C-35-t, c) composio C-35-NT, d) composio C-14-T, e) composio C-

14-NT, f) composio C-8-T e g) C-8-NT.

Conformao dos corpos de prova

para composio B

A mistura de PET com madeira

foi invarivel. J a adio de caulim foi

realizada nos teores de 0, 10, 20, 30, 40

e 50% em funo da mistura PET com

madeira, ver tabela 2. Para referencial

preparou-se CPs 100% de PET.

Na preparao do compsito,

estando todos os materiais secos, o

caulim foi adicionado ao PET e levado

ao forno mufla a 270oC. Estando o

polmero no estado fluido (decorridos

15min), o material foi retirado e

misturado manualmente com ajuda de

uma esptula.

Tabela 2: Quantidades percentuais do compsito de madeira plstica.

Codificao Percentual invarivel da

mistura madeira com PET

(Percentual de p de caulim)

+ (Percentual invarivel da mistura

madeira com PET)

B1 5% + 95% 0% + 100%

B2 5% + 95% 10% + 90%

B3 5% + 95% 20% + 80%

B4 5% + 95% 30% + 70%

B5 5% + 95% 40% + 60%

O plstico misturado com caulim

retornou ao forno a 270oC por 5min

para obter novamente fluidez. Estando a

mistura fluida, retirou-se a mesma do

forno e adicionando-se a madeira em

p. Em seguida a mistura foi despejada

no molde de ao para obteno do CP

de madeira plstica. Os corpos de

provas, ver figura 2, foram conformados

sob uma compresso de 1 kg, usando-se

para isso uma prensa manual hidrulica

da marca Tecnal de 16 toneladas.

35


PET B1 B2 B3 B4 B5

Figura 2: CP`s conformados, onde: PET o CP sem adio de resduo e B1, B2, B3,

B4 e B5, so os CP`s referentes a cada composio da Tabela 2.

Ensaios mecnicos

Com os CPs conformados foi realizado o ensaio de resistncia a

flexo (RF), em trs pontos de acordo

com a norma ASTM D 790, em uma

mquina universal de ensaios mecnicos

da EMIC de modelo DL 30000.

RESULTADOS E DISCUSSO

Para composio A

Os dados dos valores mdios do

ensaio de RF dos CP`s sem adio de

caulim esto dispostos na tabela 3 e no

figura 3. Para controle foram

confeccionados amostras de PET sem

adio.

Tabela 3: Valores mdios do ensaio de resistncia flexo.

PET + Madeira

Composio Resistncia a Flexo (MPa)

C-35-T 6,94

C-35-NT 7,07

C-14-T 5,01

C-14-NT 5,02

C-8-T 7,15

C-8-NT 7,34

PET (controle) 19,08

Figura 3. Ensaios comparativos de RF. a)

6,945,01

7,157,075,02

7,40

19,08 19,08 19,08

0

5

10

15

20

25

35 14 8

Re

sist

n

cia

a Fl

ex

o (

MP

a)

Granulometria da biomassa (Tyler)

Madeira tratada com NaOH Madeira no tratada com NaOH Controle

36


De acordo com o Figura 3,

constata-se que a RF dos CPs dos compsitos independe do tratamento

com NaOH e da granulometria da

biomassa. Porm, percebe-se uma

reduo significativa da RF dos CPs

dos compsitos quando comparados aos

CPs do controle. A figura 4 mostra a superfcie

de fratura do material submetido a testes

de RF.

Figura 4: a) Superfcie de fratura para o compsito de PET com madeira tratada ou no

tratada. b) Superfcie de fratura do corpo de provas controle.

A superfcie de fratura mostra a

presena de diversas bolhas no interior

do material, figura 4a, indicando a

formao de gases por consequncia da

combusto da madeira a 270C. Este

processo deixou o compsito mais frgil

que o controle, ver figura 4b, que por

no ter a adio de madeira apresentou

maior resistncia a flexo.

Para composio B

Os valores mdios do ensaio de

RF esto mostrados no Figura 5.

Figura 5: Ensaios comparativos de RF.

O figura 5 mostra que a RF dos

corpos de prova aumenta em funo da

adio de caulim na mistura. Isto sugere

que a adio do caulim reduz o efeito

degradativo decorrente da combusto da

biomassa.

A figura 6 mostra a superfcie de

fratura do compsito de PET produzido

e do corpo de provas de controle.

b)

a)

a)

7,298,7

10,27

12,4

15,5

19,08 19,08 19,08 19,08 19,08

0

5

10

15

20

25

B1 B2 B3 B4 B5

Re

sist

n

cia

a fl

ex

o (

MP

a)

Composio

Compsito Controle

37


Figura 6: a) Superfcie de fratura para o compsito de PET com madeira tratada e com

adio de caulim. b) Superfcie de fratura do corpo de provas controle.

Com a anlise da fratura, figura

6a e 6b, observou-se que de forma geral

os dimetros das bolhas diminuram,

mas continuam aparecendo no controle.

De certa forma a presena do caulim

favoreceu no aumento da resistncia

mecnica. Todavia outros testes sero

necessrios para determinar os

mecanismos funcionais do caulim na

mistura.

CONCLUSES

Com este trabalho constatou-se

que com a adio do resduo vegetal,

biomassa, no compsito, ocorre a

reduo da RF por consequncia da

gerao de bolhas derivadas da

combusto da madeira durante o

preparo da mistura. Verificou-se

tambm que o tratamento com NaOH

10% m/v e a granulometria da biomassa

incorporada no compsito no interfere

na RF. Todavia a RF aumenta em

funo da adio de caulim na mistura,

mostrando que o caulim diminui os

efeitos da degradao trmica,

evidenciando sua viabilidade na reduo

dos efeitos termodegradativos durante o

processamento do compsito aqui

proposto.

REFERNCIAS

CHEHEBE, J. R.B. Anlise do Ciclo

de vida de produtos: ferramenta

gerencial da ISO 14000. Rio de

Janeiro: Qualitymark, 1997. 104 p.

SOBRAL, L., VERSSIMO, A., LIMA,

E., AZEVEDO, T., SMERALDI, R.

Acertando o Alvo: Consumo de

Madeira no Mercado Interno

Brasileiro e Promoo da

Certificao Florestal. So Paulo,

IMAZON/IMAFLORA - Amigos da

Terra, vol.1, 1999.

TAVARES, F.F.C. Influncia da

Irradiao Gama no Comportamento

Mecnico e Estrutural de Chapa de

Polister. Rio de Janeiro: IME, 2007.

SANTOS, P.A. SPINAC,M.A.S;

FERMOSELLI, K.K.G.; DE PAOLI,

M.A. Efeito da Forma de

Processamento e do Tratamento da

Fibra de Curau nas Propriedades de

Compsitos com poliamida-6.

Polmeros: Cincia e tecnologia, So

Carlos, vol. 19, no1, p. 31-39, 2009.

a) b) a)

Análise mecânica de resistência a flexão de uma madeira plástica conformada a

Documents

Transcript of Análise mecânica de resistência a flexão de uma madeira plástica conformada a