FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA...

FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA

CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA

EDUARDO ROESLER

LUANA DIENSTMANN UMPIERRE

TENACIDADE AO ENTALHE DE COMPÓSITOS COM MATRIZ EM CORTIÇA E

REFORÇO DE FIBRAS VEGETAIS

Orientador: Frederico Sporket

Coorientador: Elenilto Saldanha Damasceno

Novo Hamburgo

2016

EDUARDO ROESLER

LUANA DIENSTMAN UMPIERRE



Trabalho de Conclusão apresentado ao Curso

de Mecânica da Fundação Escola Técnica

Liberato Salzano Vieira da Cunha como

requisito para aprovação nas disciplinas do

curso.

Orientador: Frederico Sporket

Coorientador: Elenilto Saldanha Damasceno

Novo Hamburgo, setembro de 2016.

FOLHA DE ASSINATURAS

EDUARDO ROESLER

LUANA DIENSTMANN UMPIERRE



FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA

CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA

Novo Hamburgo, setembro de 2016.

_________________________________________________

Eduardo Roesler – [email protected]

Pesquisador

_________________________________________________

Luana Dienstmann Umpierre - [email protected]

Pesquisadora

_________________________________________________

Frederico Sporket

Professor orientador

_________________________________________________

Elenilto Saldanha Damasceno

Professor coorientador

AGRADECIMENTOS

Gostaríamos de expressar nossa gratidão às diversas pessoas que tornaram possíveis

a finalização desta pesquisa e o êxito na conclusão de cada etapa.

A nosso orientador, Frederico Sporket, pela cooperação, calma e confiança

depositada no projeto.

A nosso coorientador, Elenilto Saldanha Damasceno, pelas horas dedicadas à revisão

dos arquivos, pela dedicação e disponibilidade ao grupo, pela organização e excelência

demonstradas durante o ano.

A esses, agradecemos pela execução conjunta e pela comunicação adequada entre as

partes do grupo de pesquisa. Foi ótimo trabalhar com pessoas de tamanha experiência

acadêmica e profissional.

Agradecemos ainda àqueles que, de forma menor, fizeram este trabalho tomar o

rumo desejado.

A Valdenir Roesler, pelo tempo dedicado à logística de materiais e serviços e pelo

apoio e preocupação com o andamento do projeto.

A Andressa Dienstmann Umpierre, pelo tempo dedicado à confecção e secagem dos

corpos de prova.

A todos aqueles que, ao longo da pesquisa, contribuíram, de alguma forma, para sua

conclusão, o nosso mais sincero obrigado.

“Se alguma coisa pode dar errado, dará. E mais,

dará errado da pior maneira, no pior momento e

de modo que cause o maior dano possível”.

(Edward A. Murphy)

RESUMO

A presente pesquisa busca avaliar as propriedades mecânicas que regem a absorção de

impactos diretos ao corpo resistente de compósitos de matriz à base de cortiça e acetato de

polivinila, com reforço em fibras naturais, produzidos pelo grupo. Para avaliar tais

propriedades, foram confeccionados corpos de prova através da conformação manual, em

moldes projetados para essa finalidade. A escolha dos materiais, bem como da quantidade, foi

feita de forma qualitativa, para buscar a secagem completa dos corpos de prova e a

aglomeração plena da matriz. Foram utilizados dois tipos distintos de fibras naturais: a de

sisal, planta de origem mexicana muito cultivada e comercializada em território nacional, e a

de pseudocaule da bananeira, de uso industrial nulo, exclusivo do artesanato. Por fim, foram

produzidos e ensaiados 18 corpos de prova, com a meta de alcançar o objetivo proposto pelo

projeto. Os resultados dos ensaios foram comparados com estudos sobre a resistência ao

impacto de compostos poliméricos de matriz à base de resina poliuretana de óleo de mamona.

A conclusão da pesquisa manifesta a baixa capacidade da cortiça para resistir aos impactos

propostos e evidencia o aumento de resistência com uso das fibras naturais.

Palavras-chave: Compósito. Cortiça. Fibras naturais. Impacto mecânico.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Exemplo de caracterização hierárquica dos compósitos ......................................... 11

Figura 2: Compósitos de acordo com a estrutura do material de reforço ............................... 13

Figura 3: Fluxograma de origem das fibras ............................................................................ 15

Figura 4: Anatomia do caule ................................................................................................... 17

Figura 5: Trabalhador a executar o procedimento de descortiçamento .................................. 18

Figura 6: Ferramental utilizado para a extração ..................................................................... 20

Figura 7: Processo de extração das calhas .............................................................................. 21

Figura 8: Caule dividido em três partes, ainda com a base ..................................................... 22

Figura 9: Calha dividida ao meio, longitudinalmente ............................................................. 22

Figura 10: Extração da fibra renda .......................................................................................... 23

Figura 11: Extração da calha dura ........................................................................................... 23

Figura 12: Fibras 2, 4 e 6 em secagem à sombra .................................................................... 24

Figura 13: Fibras 1, 5, 7 e 8 em secagem ao sol ..................................................................... 24

Figura 14: Fibra 3, secagem ao sol ......................................................................................... 25

Figura 15: Fibra 9 .................................................................................................................... 25

Figura 16: Ferramental utilizado para a granulação ................................................................ 27

Figura 17: Coleta do material ralado ....................................................................................... 27

Figura 18: Comparação entre granulometrias ......................................................................... 28

Figura 19: Projeto do molde ................................................................................................... 28

Figura 20: Partes do sistema do molde ................................................................................... 29

Figura 21: Molde preparado para o processo de conformação ............................................... 29

Figura 22: Fibra renda preparada ............................................................................................ 30

Figura 23: Fibra de sisal preparada ......................................................................................... 31

Figura 24: Molde preenchido pelo compósito G + 1 (cortiça grossa e fibra renda) ............... 31

Figura 25: Máquina de ensaio de impacto Charpy ................................................................. 32

Figura 26: Corpo de prova a ser ensaiado ............................................................................... 33

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 9

1.1 Tema ................................................................................................................................. 9

1.2 Justificativa ...................................................................................................................... 9

1.3 Problema ........................................................................................................................ 10

1.4 Hipótese .......................................................................................................................... 10

1.5 Objetivo .......................................................................................................................... 10

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................... 11

2.1 Compósitos ..................................................................................................................... 11

2.2 Fibras naturais ............................................................................................................... 14

2.2.1 Fibra vegetal da folha de sisal ......................................................................................... 15

2.2.2 Fibra vegetal do pseudocaule de bananeira ..................................................................... 16

2.3 Cortiça ............................................................................................................................ 16

2.4 Aglomerantes ................................................................................................................. 19

3 METODOLOGIA .......................................................................................................... 20

3.1 Extração da fibra do pseudocaule da bananeira ........................................................ 20

3.1.1 Secagem das fibras .......................................................................................................... 24

3.1.2 Avaliação da melhor fibra para o compósito ................................................................... 25

3.2 Granulação das rolhas de cortiça ................................................................................. 26

3.3 Confecção do molde ....................................................................................................... 28

3.3.1 Preparação dos moldes .................................................................................................... 29

3.4 Conformação dos compósitos ....................................................................................... 30

3.4.1 Desmoldagem dos corpos de prova ................................................................................. 31

3.5 Ajustagem dos corpos de prova .................................................................................... 32

3.6 Execução dos ensaios. .................................................................................................... 32

4 ANÁLISE DE DADOS .................................................................................................. 35

4.1 Dados do teste de tração manual .................................................................................. 35

4.2 Dados do ensaio Charpy ............................................................................................... 35

5 CONCLUSÃO ................................................................................................................ 37

REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 38

9

1 INTRODUÇÃO

1.1 Tema

Análise experimental da resistência ao impacto de compósitos produzidos a partir da

granulação e conformação de rolhas de cortiça natural, com reforço em fibras naturais.

1.2 Justificativa

A produção industrial sustentável deixa de ser um ideal utópico e passa a ser um

objetivo, uma exigência de mercado, e o desenvolvimento da tecnologia de reaproveitamento

de descartes caminha junto com essa evolução. A possibilidade de reempregar materiais

descartados auxilia na criação de novos produtos, amplia o ciclo comum de produção, abrange

novas áreas e pessoal, cria produtos com diferentes características e protege o meio ambiente

de possíveis descartes incorretos. A extensão do ciclo de produção para o pós-uso do material

gera a necessidade de estudos que analisem suas características em tais condições e os

benefícios de seu reemprego na produção de novos itens.

A indústria produtora de rolhas para a vedação de garrafas e conservação de bebidas

trabalha, tradicionalmente e amplamente, com a cortiça natural (APCOR, 2015). Contudo, nos

últimos anos, aposta em substitutos sintéticos (BRASKEM, 2014), resultado da crescente

demanda de cortiça em outros setores da indústria e das dificuldades que as cortiçarias

enfrentam em suprir a necessidade das vinícolas.

A reciclagem de rolhas torna-se restrita a materiais secundários. Por ser um produto

de vida única, seu reciclo leva à granulação do material e impede a reprodução de peças de

qualidade. Segundo a empresa portuguesa Corticeira Amorim:

As rolhas recolhidas são tratadas e trituradas na primeira unidade de reciclagem de

cortiça do mundo [...]. Transformadas em granulados, elas voltam a ser matéria-

prima. Embora nunca mais seja incorporada em rolhas, a cortiça reciclada pode

integrar revestimentos, isolamentos, kayaks de alta competição, raquetes

de badminton, bolas de tênis e de cricket, componentes de automóveis e aviões,

peças de design e de moda e uma multiplicidade de outros fins (AMORIM, [s.d.]).

As propriedades da cortiça fundamentam-se de acordo com sua estrutura e

composição molecular, organizada em formas hexagonais, semelhante a favos de mel, repleta

de gases que funcionam como almofadas e protegem a estrutura (SILVA, 2010; FOLHENTO,

10

2010). Estudos recentes realizados por Santos (2010) apresentam melhoria da propriedade de

resistência ao impacto de placas carbono-epóxi reforçadas com pó de cortiça.

A demanda por materiais de boa qualidade, biodegradáveis e de produção verde

movimenta, cada vez mais, o mercado. Retirar a cortiça da exclusividade vinícola e trazer

para segmentos maiores significa criar novas alternativas aos derivados do petróleo, trocar

fontes finitas e produtos bioindecomponíveis por fontes renováveis e que geram produtos

seguros para o meio ambiente.

1.3 Problema

Podem os compósitos produzidos a partir da granulação e conformação de rolhas de

cortiça tipo aglomerado, reforçadas com fibras naturais de sisal e de pseudocaule de

bananeira, obterem resultados razoáveis, quando submetidos a forças de impacto

perpendiculares ao corpo resistente, se comparados a equivalentes, já estudados, nas funções

que solicitam a absorção de cargas similares?

1.4 Hipótese

Conforme estudos realizados por Camerini, Terrones e Monteiro (2008), que

apresentam informações sobre o comportamento de fibras naturais como reforços em matrizes

sintéticas, a pesquisa de Dias (2012), que fornece dados sobre as propriedades de tração,

compressão e, consequentemente, zona elástica da cortiça natural, e o trabalho de Silva

(2010), que caracteriza a estrutura e a composição molecular da cortiça, é pressuposto que os

materiais pesquisados apresentem valores aceitáveis nos ensaios de impacto propostos.

1.5 Objetivo

Ensaiar corpos de prova em testes de impacto Charpy, confeccionados a partir de

rolhas de cortiça tipo aglomerado, granuladas, conformadas e reforçadas com fibras naturais

de sisal e de pseudocaule de bananeira, e comparar os coeficientes de absorção de cargas de

impacto dos diferentes compósitos produzidos.

11

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Este capítulo elucida o termo “compósito” e exemplifica seus usos e funções. Além

das definições gerais, o capítulo aborda os materiais utilizados, sendo eles a cortiça, matéria-

matriz da pesquisa, as fibras naturais de sisal e do pseudocaule da bananeira e, por fim, o

adesivo à base de acetato de polivinila, PVA, utilizado no compósito. Também apresenta

estudos realizados no âmbito da pesquisa, de forma a embasar a realização do trabalho.

2.1 Compósitos

O termo compósito designa o produto originado da união entre dois ou mais materiais,

distintos entre si, e que permanecem distintos após a finalização do produto, com a

combinação das propriedades de cada parte (SANTOS, 2010). Segundo a Associação Latino-

Americana de Materiais Compósitos (ALMACO, 2016), um material de tal natureza tem, em

sua constituição, duas fases primordiais: a fase contínua, gerada pela matriz, e a fase

descontínua, composta por fibras ou partículas.

Dentro da fase contínua, temos uma variedade de materiais de diferentes naturezas;

segundo Serafim (2015), “Os compósitos podem ser produzidos a partir de matrizes

metálicas, cerâmicas ou poliméricas”. O material-matriz é aquele que confere estrutura ao

compósito. Portanto, em adendo à definição de Serafim, integram-se matrizes de materiais

não poliméricos, com a observação de que, em alguns compósitos, o material aglomerante não

possui base polimérica, como o Cimento Portland, por exemplo, ou em outros casos, o mesmo

pode ser substituído pela prensagem do composto. “As matrizes poliméricas são as mais

utilizadas devido à versatilidade de formulação e ao baixo custo de processamento”

(OLIVEIRA, 2007). Serafim (2015) classifica as matrizes poliméricas em três grupos:

termofixos, termoplásticos e elastômeros.

Os materiais termofixos são caracterizados pela rigidez, baixa ductibilidade e por não

apresentarem reação em suas ligações moleculares devido à adição de calor. O poliuretano e a

resina epóxi são materiais comumente usados nesse tipo de matriz. Os materiais

termoplásticos, ao contrário dos termofixos, apresentam amolecimento de suas ligações

químicas quando sofrem ação de calor. Dentre os mais utilizados, estão o polietileno e as

poliamidas. Por fim, temos os materiais elastômeros, caracterizados pela elasticidade, sendo o

mais comum dentre eles a borracha natural.

12

A fase particulada do compósito é a que confere propriedades mecânicas extras à

matriz. Segundo Perov (1995), o material de reforço é responsável pela força, rigidez e

tenacidade dos compósitos. A distribuição e integração uniforme desse elemento de reforço à

matriz torna o compósito um material heterogêneo, porém de comportamento homogêneo

quando sujeito a carregamentos (GUIMARÃES, 2006). Para um melhor aproveitamento do

potencial das fibras e partículas, seus diâmetros devem ser reduzidos e o material deve estar

totalmente ligado à matriz. Segundo Kaw (2006), a força real de um material é menor do que

a força teórica devido ao que ele chama de falhas inerentes. Portanto, quanto menor o

diâmetro da fibra de reforço, menor a chance de ocorrerem tais falhas, o que proporciona

maior confiabilidade ao material.

Os materiais de reforço, segundo Neto (2006), podem ser caracterizados de acordo

com o seguinte fluxograma.

Figura 1 – Exemplo de caracterização hierárquica dos compósitos

Fonte: Neto (2006).

Entre esses, a principal divisão é quanto à geometria do composto, fibras ou

partículas. Em seguida, o fluxograma agrupa o formato de acordo com a orientação, o

tamanho e o número de camadas do material. Dentre os termos usados por Neto (2006) no

13

fluxograma, é importante ressaltar o de multicamada híbrida. Como explica Serafim (2015),

na hibridização se dá a incorporação de diferentes tipos de fibras e/ou a adição de compostos

metálicos ou cerâmicos, a fim de se obter uma melhor resistência, rigidez e outras

propriedades mecânicas.

Através desse arranjo, Serafim (2015) delineia os tipos de compósitos, organizados

pelas características dos materiais de reforço existentes, sendo eles:

1- fibroso: cujas fibras são contínuas ou curtas, com sentido definido ou aleatórias;

2- particulado: cujas partículas esféricas se encontram dispersas na matriz;

3- laminado: lâminas fortemente aderidas por meio de um aglomerante;

4- flat flakes: cujas partículas escamares se encontram dispersas na matriz;

5- esqueleto: cujo reforço possui geometria robusta e é envolto pela matriz;

6- sanduíche: painéis compostos por duas bases e um material distinto como

preenchimento;

7- híbrido: mistura de mais de dois componentes, em forma de fibra, ou partículas,

ou os dois ao mesmo tempo.

Figura 2 – Compósitos de acordo com a estrutura do material de reforço

Fonte: Serafim (2015).

“O emprego de materiais compósitos em estruturas tem ganhado importância na

prática da engenharia devido às suas características de alta resistência mecânica, baixa

densidade e boa estabilidade a efeitos térmicos” (GUIMARÃES, 2006). Como discorre Veras

(2013), a versatilidade de aplicação dos materiais compósitos, que atinge os setores mais

distintos da indústria, é responsável por torná-los uma tendência emergente em soluções de

engenharia.

14

2.2 Fibras naturais

Fibras são definidas como filamentos delgados, dispostos em feixes (FERREIRA,

2010). As fibras de origem natural possuem três ramificações; de acordo com sua

procedência, as fibras naturais podem ser de origem animal, de origem mineral ou de origem

vegetal (FIBRENAMICS, 2016).

As fibras naturais de origem animal provêm da secreção glandular de seres vivos ou

do próprio corpo animal (FIBRENAMICS, 2016). Esses materiais possuem grande aplicação

na indústria têxtil. As fibras naturais de origem mineral são extraídas do silicato natural

fibroso (LADCHUMANANANDASIVAM, 2006), um corpo inorgânico, de origem mineral,

facilmente separável em fibras. O grupo mais conhecido dessas fibras é o dos amiantos

(VIANA, 2009); muito utilizados na produção de telhas e caixas d’água nos anos 90, hoje têm

seu uso proibido em grande parte dos estados brasileiros, inclusive no Rio Grande do Sul

(RIO GRANDE DO SUL, 2001), devido ao risco de reações inflamatórias e cancerígenas do

sistema respiratório causado pela inalação das fibras. As fibras naturais de origem vegetal

podem ser classificadas de acordo com o segmento da planta do qual foram extraídas: fibras

da semente, fibras do caule, fibras das folhas e fibras dos frutos (HOLANDA, 2013). As

vantagens da matéria vegetal em relação às outras fibras giram em torno de suas propriedades

específicas, além da abundância, biodegradabilidade e baixo custo (FIBRENAMICS, 2016).

Dentre as inúmeras fibras vegetais, a que mais se destaca por suas propriedades mecânicas é a

proveniente da folha de sisal.

A seguir, temos um fluxograma que relaciona a proveniência das fibras e sua origem

(natural ou manufaturada e suas respectivas fontes de extração ou produção).

15

Figura 3 – Fluxograma de origem das fibras

Fonte: Holanda (2013).

2.2.1 Fibra vegetal da folha de sisal

Sisal é o nome dado à fibra vegetal extraída da Agave sisalana, planta originária da

península de Yucatan, no México, vinda para o Brasil em 1903, para ser cultivada no clima

semiárido da região Nordeste do país. Hoje, o Brasil detém mais de 50% da produção mundial

da fibra (HOLANDA, 2013).

Por tratar-se de uma fibra natural, o sisal possui excelente tenacidade, resistência à

abrasão, calor e biodegradabilidade (COTESI DO BRASIL, [s.d.]). O produto é extraído das

folhas da planta e enviado, principalmente, para as indústrias e cordoarias do segmento têxtil,

para gerar esse tecido vegetal bastante duro e resistente (COSIBRA, [s.d.]).

Dentre os elementos de reforço naturais, o sisal obtém os melhores resultados em

arranjos compósitos. Exemplo das características mecânicas da fibra é encontrado na pesquisa

de Joseph, Medeiros e Carvalho (1999), que relata ser interessante o uso dessas fibras, devido

ao comportamento do compósito poliéster-sisal testado em seu experimento, o qual adquiriu

um bom conjunto de propriedades mecânicas, em especial, resistência à tração.

16

2.2.2 Fibra vegetal do pseudocaule de bananeira

A safra das culturas de banana no Brasil, em 2013, beirou as sete milhões de

toneladas (IBGE, 2014), o que confirma o Brasil como um dos grandes produtores mundiais.

A produção, em larga escala, do fruto da bananeira leva a subprodutos abundantes, pouco

aproveitados na indústria, sendo designados a usos tópicos na culinária, na produção de peças

de artesanato, ou no caso da seiva, em comunidades rurais, como cicatrizante rudimentar

(CORREIA et al., 2013).

Em acompanhamento ao aumento do uso de compósitos na indústria está o aumento

do número de pesquisas por materiais de reforço. Dentre esses, a biodegradabilidade é vista

como uma característica vistosa encontrada nas fibras naturais. As fibras extraídas do

pseudocaule de bananeira, de uso tradicional em artesanato, começam a ter suas propriedades

mecânicas exploradas. Dentre os artigos produzidos com base nessas fibras, ressaltamos o que

trata sobre seu uso no reforço de compostos à base de PVC, de Balzer et al. (2007), que

obteve melhoria nas propriedades de resistência à tração e ao impacto.

2.3 Cortiça

Epiderme vegetal é um tecido complexo de revestimento, composto por um conjunto

de células que recobrem toda a estrutura da planta (ARAÚJO, 2002), desde o caule e as raízes

(até o início do crescimento secundário) até as flores, folhas e sementes, que proporciona

proteção contra agentes patógenos externos, proteção contra o dessecamento e proteção contra

esforços mecânicos; ainda é papel da epiderme proporcionar as trocas gasosas necessárias

para o metabolismo da planta (UFU, [s.d.]).

Durante o processo de crescimento secundário, que ocorre em algumas plantas, a

epiderme que cobre as raízes e o caule é substituída pelo tecido de revestimento periderme

(SANTOS, 2016). O tecido periderme é formado a partir do felogênio, um meristema

secundário que produz células para ambos os lados, sendo que, em direção ao centro da

planta, produz o feloderma, que promove o crescimento em espessura da planta, e em direção

à superfície, produz suberinas, células lipídicas impermeabilizantes que, quando mortas,

constituem o súber, tecido conhecido por cortiça (USP, [s.d.]; HISTOLOGIA..., 2014). O

conjunto de feloderma, felogênio e súber constitui a periderme (UFU, [s.d.]).

17

Figura 4 – Anatomia do caule

Fonte: Vibrans (2008).

De acordo com Silva (2010), após o desenvolvimento da primeira periderme,

ocorrem reposições subsequentes do tecido por camadas mais profundas; portanto, a parte

mais externa do tronco fica composta por uma sobreposição de felodermes intercaladas com

camadas de floema, tecido encarregado do transporte da seiva orgânica. Em algumas espécies

de árvores, não ocorre a intercalação da periderme; nesses casos, o felogênio sofre divisões

radiais e pode acompanhar o crescimento do tronco.

As árvores da espécie Quercus suber, o sobreiro, possuem essa característica; além

disso, a planta apresenta a capacidade de regenerar o felogênio, de forma contínua e uniforme,

após a morte do mesmo por agentes externos (SILVA, 2010), característica que proporciona

séculos de produção à planta (AMORIM, [s.d.]).

18

Figura 5 – Trabalhador a executar o procedimento de descortiçamento

Fonte: Commons Wikimedia ([s.d.]).

A importância do tecido suberoso do sobreiro na indústria deve-se a um conjunto

excepcional de propriedades do material, como a elevada elasticidade, fácil

compressibilidade, baixa densidade, impermeabilidade líquida e gasosa (GRAÇA; PEREIRA,

1997), alta elasticidade, isolamento térmico e acústico, combustão lenta, resistência ao atrito,

biodegradabilidade, renovabilidade e reciclabilidade (AMORIM, [s.d.]).

As características da cortiça resultam de sua estrutura e da composição química de

suas paredes celulares, que permitem a aplicação, em diferentes áreas, do produto natural e de

seus provenientes (SILVA, 2010). Dentre as principais características da cortiça está sua

densidade. O material apresenta cerca de 90% de sua estrutura composta por gases, e o

restante do peso está contido em suas paredes. Explica Silva (2010) que “o tecido suberoso

apresenta uma densidade bastante baixa [...] resultante do volume das paredes das suas células

estar normalmente compreendido entre 10% e 15% do seu volume total”. As características de

compressão e de elasticidade da cortiça natural estão relacionadas ao baixo teor de lenhina nas

paredes da estrutura e da composição gasosa dos interstícios da estrutura, que funcionam

como uma almofada, durante a compressão do tecido, com ocorrência de um aumento de

resistência, à medida que a propriedade é solicitada (SILVA, 2010).

A cortiça aceita repetidos ciclos de compressão/descompressão recuperando na

totalidade a sua forma logo que em repouso, sendo o único sólido com a capacidade

de ser comprimido sem que praticamente ocorra expansão lateral nas direcções não

carregadas, ou seja, tem um Coeficiente de Poisson bastante baixo (VERAS, 2013).

19

Não menos importantes são suas qualidades de resistência ao desgaste mecânico,

devido a sua estrutura alveolar, semelhante a favos de mel (SILVA, 2010), sua combustão

lenta e retardação da propagação do fogo e suas propriedades de isolamento térmico, sonoro e

vibratório, devido a sua composição gasosa (VERAS, 2013). Tais características dão uma

vasta aplicabilidade ao material nos diferentes setores da indústria.

2.4 Aglomerantes

Composto aglomerante é o material responsável por criar uma força de adesão entre

duas superfícies. Os aglomerantes podem ser divididos, grosseiramente, entre compostos de

base sintética e de base natural (FOLHENTO, 2010).

Na indústria corticeira, o composto de base sintética prevalece. Assim explica Bastos

(2008): “Os aglomerantes de base poliuretânica são actualmente os mais utilizados na

produção de aglomerados de cortiça”. O uso desse composto é explicado por suas

propriedades que satisfazem os requisitos de diversos produtos; porém, a toxicidade

proveniente do uso de isocianatos apresenta riscos ao trabalhador (FOLHENTO, 2010).

Ainda com vasto uso na indústria corticeira, estão os aglomerantes de base sintética

fenol-formaldeído, caracterizados pela boa resistência mecânica, resistência ao calor, boa

estabilidade dimensional, resistência a diversos tipos de solventes, a ácidos e à água. Também

possuem boa resistência ao fogo; porém, seu uso acarreta riscos ao trabalhador, devido à alta

taxa de emissões de compostos orgânicos voláteis (COVs) (FOLHENTO, 2010).

Válido ainda de ser citado é o aglomerante PVA. O acetato de polivinila, conhecido

popularmente como cola branca, é, segundo Henkel Ltda. (2012), um polímero sintético de

fácil obtenção e baixo custo, ideal para trabalhos em madeira, laminados e papelão. O

polímero não é inflamável e não exige grandes cuidados durante o manuseio.

20

3 METODOLOGIA

Este capítulo apresenta os materiais e métodos utilizados na fase experimental da

pesquisa. Nele, serão abordadas as formas de obtenção da matéria-prima dos compósitos, a

conformação dos produtos e a execução dos ensaios.

3.1 Extração da fibra do pseudocaule da bananeira

A fibra pura do pseudocaule da bananeira, necessária para a confecção do compósito,

não possui comercialização conhecida na região; portanto, adaptamos as técnicas de extração

utilizadas em um vídeo tutorial (EXTRAÇÃO..., 2012) disponível no site de

compartilhamento, Youtube, para obtenção do material.

Durante a etapa, foi utilizado o seguinte ferramental:

martelo de unha com cabo de madeira;

facão com lâmina em aço-carbono e cabo em material plástico;

faca com lâmina em aço-carbono lisa e cabo em material plástico;

panos e estopas;

bancada de trabalho, em madeira.

Figura 6 – Ferramental utilizado para a extração

Fonte: os autores (2016).

21

O primeiro passo para a extração da fibra foi a seleção da árvore; para tal,

escolhemos uma planta no período de pós-frutificação, cujo pseudocaule apresentava poucas

imperfeições e sem sinais de agentes patógenos. Com a árvore definida, iniciamos o processo

de corte. Primeiramente, forçamos a planta radialmente e quebramos sua fundação; com o

caule no chão, utilizamos o facão para cortar a base, pouco acima da zona de quebra. Também

retiramos as folhas, junto com as calhas mais externas e o topo da planta. Após a limpeza

inicial, levamos o pseudocaule para a bancada de trabalho.

Com o material limpo na bancada, procedemos com a extração das calhas. Para a

retirada de cada uma, sem que ocorresse quebra, limpamos o excesso de líquido da planta,

destacamos o início da calha, com auxílio da parte não cortante da faca e, com os dedos por

debaixo, corremos a longitude do caule e destacamos a parte. O processo deve ser feito

lentamente, pois a calha se torna quebradiça sob tensão.

Figura 7 – Processo de extração das calhas


Extraímos em torno de 5 calhas e descartamos o restante do pseudocaule. Para

facilitar o processo de tiragem das fibras, cada calha foi dividida em três partes, as quais

tiveram suas bases desuniformes cortadas e descartadas.

22

Figura 8 – Caule dividido em três partes, ainda com a base


O trabalho com o caule teve o objetivo de extrair exemplares de fibra filé, fibra do

caule grossa e fibra renda, conforme tutorial em vídeo (EXTRAÇÃO..., 2012). A fibra filé é o

fio que delimita a calha; portanto, foi a primeira a ser extraída. O processo de retirada das

outras fibras inicia com a divisão da calha ao meio, longitudinalmente. Para essa divisão, a

calha foi pressionada e achatada, com a finalidade de manter sua secção transversal retilínea

durante o processo. Iniciamos o corte com uma incisão no lado menor da calha e deslizamos a

faca longitudinalmente, de forma a separá-la em duas partes semelhantes, uma com o lado

interno da calha e outra com o externo.

Figura 9 – Calha dividida ao meio, longitudinalmente


A divisão da calha expõe a fibra renda que está localizada no centro da parte; para

extraí-la, executamos outro corte longitudinal com a faca e forçamos a lateral da ferramenta

em direção à mesa, para que não ocorresse o risco de a lâmina subir e rasgar a fibra.

23

Figura 10 – Extração da fibra renda


A próxima fibra extraída foi a da calha dura, tecido que compõe a parte externa da

calha; raspamos o excesso de carne deixada após a extração da fibra renda e obtivemos o

tecido.

Figura 11 – Extração da calha dura


Durante raspagem para a extração da fibra da calha grossa, verificamos a existência

de pequenos fios, semelhantes a linhas, de resistência à tração relativamente alta. Efetuamos a

retirada e a secagem desses filamentos. Após, extraímos um exemplar da fibra da calha grossa

com um processo mais rigoroso de raspagem, a fim de retirar toda a carne e fios da calha, para

que pudéssemos entender a ação da carne e desses filamentos na resistência à tração da fibra.

Ao todo, retiramos 9 tipos diferentes de fibras, ao considerarmos as formas de

secagem do material, sendo elas:

1. renda seca ao sol;

2. renda seca à sombra;

3. fibra filé ao sol;

4. fibra filé à sombra;

5. fibra calha dura com carne ao sol;

6. fibra calha dura com carne à sombra;

7. fibra calha dura sem carne ao sol;

24

8. fibra calha dura desfiada ao sol;

9. fibra linha ao sol.

3.1.1 Secagem das fibras

Para a secagem das fibras, utilizamos dois métodos, à sombra e ao sol, e criamos

parâmetros para avaliar o processo de extração mais adequado, tendo como principal critério a

qualidade do produto final.

Figura 12 – Fibras 2, 4 e 6 em secagem à sombra


Figura 13 – Fibras 1, 5, 7 e 8 em secagem ao sol


25

Figura 14 – Fibra 3, secagem ao sol


Figura 15 – Fibra 9


3.1.2 Avaliação da melhor fibra para o compósito

Com as fibras secas, utilizamos um processo de tração manual, envolvendo uma

volta da tira dos tecidos em cada punho e afastando-os, para avaliarmos a força necessária

para a quebra das fibras. Seguem os resultados.

26

Quadro 1 – Teste de tração manual

Nº Descrição Resultado Quebra

1 Fibra renda seca ao sol Alta resistência à tração, quebra sob

grande força Sim

2 Fibra renda seca à sombra Resistência semelhante a anterior; porém,

envergou durante a secagem Sim

3 Fibra filé ao sol Alta resistência; porém, quando reduzida

de tamanho, resulta em quebra Não

4 Fibra filé à sombra Baixa resistência à tração Sim

5 Fibra calha dura com carne ao sol Baixa resistência à tração Sim

6 Fibra calha dura com carne à

sombra Baixa resistência à tração Sim

7 Fibra calha dura sem carne ao sol Quebra sob grande esforço Sim

8 Fibra calha dura desfiada ao sol Quebra sob médio esforço Sim

9 Fibras linha Alta resistência para o diâmetro Sim


Através dessa avaliação da resistência à tração das diferentes fibras, decidimos

utilizar a fibra renda seca ao sol (1), pois ela concilia a qualidade de alta resistência à tração e

a fácil regulagem dimensional.

3.2 Granulação das rolhas de cortiça

Por optarmos pela não utilização de placas, e sim de rolhas de cortiça na confecção

do compósito, foi preciso granular o material. Devido à baixa quantidade de cortiça utilizada,

sem um controle rigoroso da granulometria, o processo de granulação foi executado em

ambiente pessoal.

Para a execução do processo, utilizamos os seguintes instrumentos:

ralador de vegetais com lâminas intercambiáveis;

sacos plásticos;

peneira;

27

Figura 16 – Ferramental utilizado para a granulação


O processo de granulação foi executado pela ralação da rolha, através de movimentos

retilíneos pela superfície do ralador, até a lâmina. Na imagem seguinte, pode ser observada a

variação da granulometria do produto ralado.

Figura 17 – Coleta do material ralado


28

Para separar os diferentes tamanhos dos grãos de cortiça, executamos o processo de

peneiração, do qual obtivemos a separação do material em granulos finos e grossos.

Figura 18 – Comparação entre granulometrias


3.3 Confecção do molde

Utilizamos dois moldes confeccionados em madeira, aplainados, cortados e furados

pelo marceneiro Omar, morador de Estância Velha – RS. O molde foi projetado pelo grupo

para que o compósito conformado obedecesse às especificações da norma ASTM E23 (2007),

para corpos de prova de ensaio Charpy, de comprimento 55 milímetros e secção quadrada de

10 milímetros. Chegamos ao seguinte projeto.

Figura 19 – Projeto do molde


29

O produto final apresentou erros de planicidade, paralelismo e furação, que foram

corrigidos no laboratório de usinagem do curso técnico de Mecânica da Fundação Liberato,

através do processo de limagem das superfícies e da reexecução do processo de furação. Para

a fixação das duas partes do molde, foram utilizados conjuntos parafuso-porca de 7/32”.

Figura 20 – Partes do sistema do molde


3.3.1 Preparação dos moldes

A preparação dos moldes para o processo de conformação do compósito consiste na

aplicação de fita isolante às laterais, para facilitar a desmoldagem e a fixação do molde sobre

a placa de piso laminado, com fita, a fim de criar uma superfície lisa na parte inferior do

corpo de prova.

Figura 21 – Molde preparado para o processo de conformação


30

3.4 Conformação dos compósitos

Por optarmos pela utilização do aglomerante à base de acetato de polivinila (da

marca Cascola Cascorez) e pelo processo de conformação manual dos compósitos nos

moldes, se fizeram necessários alguns cuidados especiais com a secagem do produto. É

exigência do aglomerante que a umidade presente em sua composição se dissipe; porém, o

molde fechado que projetamos retarda a secagem do corpo de prova.

Para garantir a eficácia da aglomeração, dividimos o corpo de prova em cinco

camadas, sendo quatro compostas pela matriz de cortiça e uma camada central composta pela

fibra. Cada camada aplicada foi seca através de uma corrente de ar contínua, processo

executado com um secador de cabelos com bocal de redução, na temperatura média e alto

fluxo de ar. As camadas também precisaram passar por um processo de prensagem manual,

executado por um pequeno bloco metálico.

A primeira e a última camadas constituem as bases do corpo de prova e foram

produzidas através da aplicação de uma fina camada do composto matriz. As bases devem

obedecer a um rigoroso processo de secagem e prensagem, pois darão estrutura ao produto

final.

A segunda e a quarta camadas tiveram maior espessura e ligaram as bases ao centro

do molde; essas camadas passaram pelo mesmo processo de secagem e prensagem, porém

com menos rigor.

No centro do molde, entre a segunda e a quarta camadas, foi agregada a fibra, que

pode variar entre a de sisal (comprada) ou a renda (extraída do pseudocaule da bananeira).

Figura 22 – Fibra renda preparada


31

Figura 23 – Fibra de sisal preparada


Após o preenchimento dos moldes, os compósitos ficaram em ambiente aquecido,

por uma hora. Para tal, utilizamos um forno elétrico caseiro na temperatura de 50ºC.

Figura 24 – Molde preenchido pelo compósito G + 1 (cortiça grossa e fibra renda)


3.4.1 Desmoldagem dos corpos de prova

Após os corpos de prova saírem do forno, o molde teve seus parafusos retirados e,

com auxílio do secador na temperatura máxima, aquecemos a fita isolante, para que sua cola

perdesse as propriedades; simultaneamente, afastamos as partes da forma, até que os corpos

de provas ficassem expostos. O mesmo foi feito com o outro lado do molde, com a retirada

dos produtos.

Após a desmoldagem, o compósito deve respeitar um tempo de cura de 24 horas.

32

3.5 Ajustagem dos corpos de prova

A ajustagem dimensional dos corpos de prova foi realizada no laboratório de

usinagem do curso técnico de Mecânica da Fundação Liberato. O procedimento utilizou uma

lima bastarda fixada em uma morsa de bancada com a superfície cortante para cima, onde os

corpos de prova foram apoiados e lixados, até a obtenção da medida exigida pela norma

ASTM E23 (2007).

Ao todo, foram produzidos 18 corpos de prova, dispostos no quadro abaixo.

Quadro 2 – Corpos de prova produzidos

Matriz Componente de reforço Quantidade

Cortiça grossa + PVA Sem elemento de reforço 3

Cortiça grossa + PVA Fibra renda seca ao sol (1) 3

Cortiça grossa + PVA Fibra sisal 3

Cortiça fina + PVA Sem elemento de reforço 3

Cortiça fina + PVA Fibra renda seca ao sol (1) 3

Cortiça fina + PVA Fibra sisal 3


3.6 Execução dos ensaios

A execução dos ensaios dos corpos de prova foi realizada no laboratório de ensaios

destrutivos do curso técnico de Mecânica da Fundação Liberato, sob supervisão do professor

orientador Frederico Sporket e do auxiliar do curso, Gleidson Marchiori.

Figura 25 – Máquina de ensaio de impacto Charpy


33

O ensaio de impacto Charpy consiste na avaliação da quebra de um corpo de prova

biapoiado, normatizado pela norma ASTM E23 (2007), causada por um martelo pendular

liberado de uma altura predefinida. Esse ensaio quantifica a energia absorvida pelo material

através da variação entre as energias de saída e de chegada do pêndulo.

Figura 26 – Corpo de prova a ser ensaiado


Os corpos de prova de dimensão 10 x 10 x 55 milímetros, sem entalhe, foram

posicionados no suporte localizado na base da máquina; a trava de segurança foi retirada e o

martelo liberado para partir os corpos de prova e para se registrar a energia absorvida. Por se

tratar de um maquinário antigo, o resultado é dado em kgf/m e deve ser convertido para Joule,

a unidade do S. I. utilizada para quantificar energia potencial.

Os valores do quadro abaixo foram registrados pela máquina de ensaios durante a

execução dos testes:

34

Quadro 3 – Resultados dos ensaios de impacto

Composição do compósito Nº Rompimento do CP Ep (kgf/m) Ep (J)

Cortiça fina 1 Sim 0,05 0,49

Cortiça fina 2 Sim 0,10 0,98

Cortiça fina 3 Sim 0,00 0

Cortiça grosa 1 Sim 0,00 0

Cortiça grosa 2 Sim 0,15 1,47

Cortiça grosa 3 Sim 0,05 0,49

Cortiça fina + fibra renda 1 Sim 0 0



Cortiça grossa + fibra renda 1 Sim 0,50 4,90

Cortiça grossa + fibra renda 2 Sim 0 0

Cortiça grossa + fibra renda 3 Sim 0,20 1,96

Cortiça fina + fibra de sisal 1 Sim 0,05 0,49



Cortiça grossa + fibra de sisal 1 Sim 0,30 2,94




35

4 ANÁLISE DE DADOS

Neste capítulo, encontram-se dispostos os resultados obtidos durante a realização dos

testes listados na metodologia.

4.1 Dados do teste de tração manual

Mesmo rudimentar, o teste manual de tração realizado nas fibras possibilita a

verificação do material de maior resistência.

Dentre as nove fibras testadas, as duas de maior destaque foram a renda seca ao sol

(1) e a filé seca ao sol (3). A fibra renda obteve resultado semelhante à sua equivalente seca à

sombra; porém, teve um controle dimensional muito melhor, pois devido ao método de

secagem rápida da fibra, não sofreu deformações. A fibra filé seca ao sol teve resultados

muito superiores à sua equivalente; porém, quando estreitada, perdeu suas qualidades e

tornou-se frágil.

Como todas as outras fibras apresentaram resultados pouco agradáveis às

propriedades procuradas, definimos que o melhor método de secagem está relacionado a

velocidade; quanto mais rápida a perda de líquido da fibra, melhor a retilineidade final do

tecido.

4.2 Dados do ensaio Charpy

Os dados obtidos no ensaio Charpy apresentaram grande variação dentro de cada

grupo de corpos de prova, provavelmente devido à baixa confiabilidade da conformação

manual.

O grupo cortiça grossa + fibra renda apresentou os melhores resultados dentre os

compósitos ensaiados, com média de 2,28 J e máxima de 4,90 J de energia potencial retida. O

grupo cortiça grossa + fibra de sisal também se destaca pela uniformidade dos resultados, com

mínima de 1,96 J, máxima de 2,94 J e média de 2,29 J de energia potencial retida.

Quando relacionamos a energia potencial dos corpos de prova com sua área, obtemos

a seguinte equação:

36

Onde:

Ep = energia absorvida ao quebrar os corpos de prova [J]

h = espessura do corpo de prova [mm]

b = largura do corpo de prova [mm]

Através da qual podemos quantificar a resistência ao impacto Charpy de corpos de

prova não chanfrados (MIRANDA, 2007). Portanto, o seguinte quadro dispõe os dados da

resistência apresentada pelos dois grupos de compósitos destaques.

Quadro 4 – Resistência ao impacto dos compósitos

Composição do compósito Nº Ep (J) (kJ/m²)

Cortiça grossa + fibra renda 1 4,90 8,91



Cortiça grossa + fibra de sisal 1 2,94 5,35




O resultado do primeiro corpo de prova de composição, cortiça grossa + fibra renda,

beira os resultados obtidos por Miranda (2007) no ensaio Charpy de corpos de prova de

matriz resina de poliuretana à base de óleo de mamona. Porém, fica muito abaixo dos outros

compostos por ela pesquisados, como o poliéster e o poliuretano, materiais com custo menor

do que a cortiça.

37

5 CONCLUSÃO

A cortiça é um material com qualidades mecânicas interessantes para a indústria

moderna, tendo alta compressibilidade e resistência à tração; porém, não apresenta resultados

favoráveis a sua utilização em matrizes de compósitos submetidos a forças de impacto

perpendiculares ao corpo resistente, tendo em vista a existência de materiais mais baratos e

com propriedades melhores.

Os compósitos de cortiça grossa apresentaram um beneficiamento com o uso das

fibras naturais, pois apresentaram um aumento de resistência em ambos os tecidos utilizados;

portanto, constatamos a qualidade da fibra renda no uso como material de reforço e

reafirmamos a qualidade do sisal.

38

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