Propriedades Físico-mecânicas de Painéis Aglomerados Madeira-bambu

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    Propriedades fsico-mecnicas de painis aglomerados madeira-bambu

    Physical mechanical properties of wood-bamboo particleboard

    Rafael Rodolfo de MeloI* Diego Martins StangerlinI Adilson Pacheco de SousaI

    Pedro Henrique Gonzalez de Cademartori

    II

    Eduardo Schneid

    III

    ISSN 0103-8478

    Cincia Rural, Santa Maria, v.45, n.1, p.35-42, jan, 2015

    Recebido 10.10.12 Aprovado 03.06.14 Devolvido pelo autor 26.08.14CR-2012-0970.R2

    http://dx.doi.org/10.1590/0103-8478cr20120970

    RESUMO

    Foram avaliadas as propriedades fsico-mecnicas

    de painis aglomerados produzidos com diferentes propores de

    madeira (Eucalyptus grandis) e bambu (Bambusa vulgaris). Os

    painis foram produzidos utilizando o adesivo ureia-formaldedo

    com a adio de 0, 25, 50, 75 e 100% de bambu. Para cada

    tratamento, determinaram-se as propriedades fsicas (massa

    especfica; teor de umidade; absoro de gua e inchamento em

    espessura aps 2 e 24 horas de imerso em gua) e mecnicas

    (flexo esttica; ligao interna; e arrancamento de parafusos).Os resultados obtidos indicaram que o acrscimo das partculas de

    bambu proporcionou uma reduo significativa na qualidade dos

    painis para os parmetros avaliados, apresentando uma maior

    absoro de gua e uma menor resistncia flexo esttica e ao

    arrancamento de parafuso.

    Palavras-chave: painis de madeira, materiais lignocelulsicos,Bambusa vulgaris.

    ABSTRACT

    It was evaluated the physical and mechanical

    properties of particleboard produced with different proportions of

    wood (Eucalyptus grandis) and bamboo (Bambusa vulgaris). The

    boards were produced using urea-formaldehyde adhesive with the

    addition of 0, 25, 50, 75 and 100% of bamboo. For each treatment

    were determined physical properties (specific gravity, moisture

    content, water absorption and thickness swelling after 2 and 24

    hours water immersion) and mechanical properties (static bending,

    internal bond and screw withdrawal). The results indicated that the

    addition of particles of bamboo provided a significant reduction in

    the quality of panels for most parameters, showing higher water

    absorption and a lower resistance to static bending and screw

    withdrawal.

    Key words:wood panel, lignocellulosic materials,Bambusa vulgaris.

    INTRODUO

    A crescente demanda por matria-primapara produo de compsitos tem feito com queinmeros pesquisadores, dentre eles, HIZIROGLU etal. (2005), CALEGARI et al. (2007), MELO et al.(2009; 2010), STANGERLIN et al. (2011), venhambuscando alternativas para substituir ou complementar

    a madeira na manufatura destes produtos. A mesclade partculas de madeira com outros materiaislignocelulsicos para produo de painis objetiva areduo nos custos de obteno da matria-prima epode ser empregada em escala industrial, desde queno sejam alteradas negativamente as propriedadesfsico-mecnicas destes produtos.

    Alm da madeira, os painis aglomeradospodem ser produzidos por outras fontes de fibras e,

    dentre estas, a utilizao do bambu como fonte dematria-prima tem apresentado grande destaque,devido as suas excelentes propriedades fsico-

    mecnicas (ARAJO et al., 2011; ARRUDA et al.,2011), j sendo empregado em escala industrialem diversos pases asiticos, como China, ndia,Tailndia, Vietn e Malsia (KASIM et al., 2001;CHENG et al. 2006). No Brasil, apesar da diversidadede gneros (34) e de espcies (232, sendo 174endmicas), o potencial dos bambus tem sido poucoexplorado (ARRUDA et al., 2011).

    O uso do bambu como componente namanufatura de painis aglomerados demonstrou-se

    IInstituto de Cincias Agrrias e Ambientais (ICAA), Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT), 78557-267, Sinop, MT, Brasil.E-mail: [email protected].*Autor para correspondncia.

    IIPrograma de Ps-graduao em Engenharia Florestal (PPGEF), Universidade Federal do Paran (UFPR), Curitiba, PR, Brasil.IIIPrograma de Ps-graduao em Engenharia Civil (PPGEC), Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianpolis, SC, Brasil.

    http://dx.doi.org/10.1590/0103-8478cr20120970http://dx.doi.org/10.1590/0103-8478cr20120970http://dx.doi.org/10.1590/0103-8478cr20120970mailto:[email protected]:[email protected]://dx.doi.org/10.1590/0103-8478cr20120970
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    eficiente em estudos realizados por PAPADOPOULOS

    et al. (2004) e ARRUDA et al. (2011). J CALEGARIet al. (2007) verificaram, para painis produzidos com

    partculas de bambu consorciadas com Eucalyptussp., que, embora os painis no tenham apresentadoas exigncias estabelecidas pelas normas, o uso dobambu mostrou-se uma alternativa vivel para aproduo de painis aglomerados, uma vez que secomportou de maneira similar aos painis produzidosexclusivamente com partculas de madeira.

    Embora a avaliao do consrcio departculas de bambu com partculas de madeirapara produo de painis aglomerados tenha sidoobjeto de estudo de diversos autores, a definio de

    um percentual ideal desta mistura, de modo que seobtenha um produto com as melhores caractersticaspossveis, ainda tem sido pouco estudada. Nopresente trabalho, foram avaliadas as propriedadesfsico-mecnicas de painis aglomerados produzidosutilizando diferentes propores de partculas demadeira (Eucalyptus grandis) e bambu (Bambusavulgaris).

    MATERIAL E MTODOS

    A manufatura dos painis foi realizada aoutilizar partculas de madeira de eucalipto e bambu.Para tanto, a matria-prima foi obtida de seis rvores e

    30 colmos de bambu foram obtidos em povoamentoshomogneosno municpio de Santa Maria, RS.Aspartculas de madeira (Eucalyptus grandis W. Hillex Maiden) foram obtidas de rvores de povoamentosflorestais homogneos de aproximadamente 15 anos.

    J os colmos de bambu (Bambusa vulgaris Schr.)foram obtidos em touceiras com aproximadamentequatro anos.

    Os colmos de bambu foram cortados altura mdia de 2m da base, posteriormente,seccionados no sentido longitudinal e imersos emgua, a fim de aumentar a exposio da sua face

    interna, para facilitar seu processo de triturao. Antesda triturao, foi removida a parte interna dos colmos.A triturao dos colmos foi realizada em moinho demartelos com a acoplagem de peneira com orifcio de3mm de dimetro, obtendo-se partculas de pequenasdimenses. Aps secagem em estufa temperaturade 60C, esse material foi peneirado em malhas de4x4 e 1x1mm, com objetivo de melhor seleo domaterial e retirada dos finos, e ento armazenados at

    o momento de manufatura dos painis.Depois de desdobradas, as rvores

    foram resserradas com cortes perpendiculares agr, para obteno de blocos de 5x7cm (tangencial

    x longitudinal) e largura varivel (radial), conforme odimetro e posio de obteno das tbuas na tora, osquais foram imersos em gua at a saturao, exceto

    por doze amostras, que foram levadas cmara declimatizao para determinao da massa especfica

    aparente da madeira (12% de umidade). Os valoresde massa especfica da madeira foram utilizados

    posteriormente para o clculo da taxa de compressodos painis (razo entre a massa especfica do painel e a

    massa especfica da madeira, ambas a 12% de umidade).

    Posteriormente, dos blocos de madeirasaturados, foi feita a obteno das lascas emmoinho de facas (flaker), com corte ajustado para0,55mm de espessura, produzindo, assim, lascascom 50x70x0,55mm de largura, comprimento eespessura, respectivamente. As lascas de madeiraforam secas e reduzidas a partculas em moinho demartelos, equipado com peneira com orifcios de8,0mm de dimetro. As partculas produzidas foramselecionadas em peneira de malha 1,0x1,0mm, sendoaproveitadas as que ficaram retidas nesta.

    Foram produzidos painis com massaespecfica nominal pr-estabelecida em 0,70gcm-3, nasdimenses 50x50x0,95cm (largura, comprimento eespessura). O adesivo utilizado foi ureia-formaldedo,na proporo de 8% de slidos com base na massa secadas partculas. Foi adicionado ainda 1% de parafina em

    forma lquida. Adesivo e parafina foram aplicados por

    meio de pistola acionada por compressor de ar em umtambor rotativo. Juntamente com estes, foi aplicadaa gua necessria para ajustar o teor de umidade docolcho para aproximadamente 12%, necessrio para oprocesso de solidificao do adesivo.

    Gerada a massa do colcho, foi retiradauma pequena amostra de 50g para a determinaodo teor de umidade do colcho e, quando estaapresentava uma variao superior a 2% da estimada,o material era descartado e o processo repetido.Aps, a massa de partculas foi levada a um moldede madeira, com as dimenses 50x50x20cm. Em

    seguida, foi feita a prensagem definitiva em prensahidrulica, com a temperatura de 180oC, com pressode 3,0MPa. O tempo de abertura e fechamento daprensa foi de 20 e 40 segundos, respectivamente.J o tempo de prensagem aplicado para promover aevaporao da gua e a cura do adesivo foi de oitominutos, totalizando nove minutos de tempo totalda prensagem. Aps a confeco, os painis foramdispostos em cmara climatizada (203oC e 651%de umidade relativa) at atingirem massa constante.Em seguida, foram retiradas as amostras pararealizao dos ensaios. Os painis foram produzidosao empregar cinco diferentes propores de madeira

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    e bambu, num total de 20 painis aglomerados, quatropara cada tratamento.

    Para avaliao das propriedades dos

    painis aglomerados produzidos, foram realizadosensaios fsicos (teor de umidade; massa especfica;

    absoro dgua; inchamento em espessura)e mecnicos (flexo esttica; arrancamento

    de parafusos; e ligao interna) adotando asrecomendaes da norma da American Society forTesting and Materials ASTM D 1037 (2006). Osvalores mdios observados para as propriedadesmecnicas foram comparados com os mnimosexigidos pela norma de comercializao americanada American National Standards Institute - ANSI208.1 (1993). Para o inchamento em espessura osvalores foram comparados com os exigidos pelanorma do German Standards Committee - DIN68761(1)-1961(3) (1971), uma vez que a normaANSI no contempla essa especificao.

    A influncia da adio de partculas de

    bambu (varivel dependente) nas propriedades fsico-mecnicas (variveis independentes) dos painisaglomerados foi avaliada por meio de anlise deregresso. Os critrios adotados para a seleo dosmodelos foram: maior coeficiente de determinao

    ajustado - R2aj.

    ; menor erro padro da estimativa - Syx

    ;maior valor de F calculado; e maior probabilidade designificncia do modelo.

    RESULTADOS E DISCUSSO

    Densidade da madeira/bambuA massa especfica bsica mdia observada para

    a madeira deEucalyptus grandisfoi de 0,51gcm-3. J parao bambu, a densidade bsica mdia dos colmos foi de0,63gcm-. Estes valores de densidade proporcionaramas taxas de compresso decrescentes com a inclusodas partculas de bambu nos painis, variando de 1,37a 1,12gcm-3para os diferentes tratamentos avaliados.

    Propriedades fsicas dos painisOs valores mdios observados paramassa especfica dos painis variaram entre 0,67

    a 0,69gcm-3, valores um pouco abaixo do pr-estabelecido na manufatura dos painis, que foi de0,70gcm-3(Figura 1). Esse resultado pode ser atribudoa diversos fatores, como perdas de aditivos (adesivoe parafina) no momento da aplicao, devido a sua

    aderncia nos instrumentos utilizados (mangueira,pistola e tambor misturador), diferenas na massaespecfica e no teor de umidade das partculas.

    MELO & DEL MENEZZI (2010) observaramresultados semelhantes para painis produzidos com

    partculas deEucalyptus grandis, em que os autoresevidenciaram, para massa especfica, resultados

    inferiores ao da massa especfica nominal (pr-

    estabelecida). Variaes de massa especfica foramobservadas entre tratamentos, entre painis de ummesmo tratamento e at dentro de um mesmo painel.Entretanto, estas variaes no foram significativas

    estatisticamente. Pequenas variaes tambm foramobservadas por MELO et al. (2009) ao produzirempainis com partculas de madeira e casca de arroz.Segundo os autores, tais variaes ocorrem devidoo processo manual de manufatura dos painis emlaboratrio, especialmente nas fases de montagem docolcho e/ou na adio do adesivo e outros aditivos.

    O teor de umidade de equilbrio mdioobservado para os painis variou entre 9,8 e 10,2%,valores abaixo do teor de umidade da cmaraclimtica (12%). Esse resultado corrobora com SILVAet al. (2006), que afirmam ser o teor de umidade de

    equilbrio para produtos reconstitudos de madeirainferior ao da madeira slida, quando expostos emcondies de temperatura e umidade semelhante.Isto se deve a diferentes nveis de higroscopicidade,que, segundo os autores, causado pela reduo damadeira em partculas com posterior incorporao deaditivos, como adesivo, parafina, entre outros. Alm

    desses, outro aspecto que contribui para a reduo dahigroscopicidade destes produtos a utilizao de

    altas temperaturas e presso na consolidao final dopainel, que so responsveis pela degradao parcialdas polioses, em particular dos grupos hidroxlicos,que atribuem carter hidroflico madeira.

    Os modelos ajustados para absorode gua as 2 e 24 horas indicaram que o aumentodo percentual de partculas de bambu nos painisproporcionou uma maior absoro de gua a estes(Figura 2). CALEGARI et al. (2007) tambmobservaram que painis produzidos utilizando oconsrcio madeira-bambu apresentaram uma maiorabsoro, quando comparados queles em que

    fora empregado exclusivamente madeira. Todavia,tambm foi evidenciado por estes autores quepainis produzidos com epiderme das partculas debambu proporcionaram uma melhora significativa

    quanto a este parmetro. Essa maior absoro degua para painis com maior proporo de bambupode estar relacionada s caractersticas anatmicas(elevada porosidade) e qumica (maior percentualde hemicelulose e extrativos) deste material.Adicionalmente, ressalta-se a influncia do menor teor

    de lignina do bambu, quando comparado madeira,constituinte qumico que apresenta caractersticahidrofbica.

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    Para o inchamento em espessura, a inclusodas partculas de bambu nos painis proporcionouperda em estabilidade em um momento inicial - logo

    aps as duas horas de imerso. No entanto, ao seconsiderar o inchamento das amostras aps 24 horas,no foi constatada tendncia de aumento ou reduoda estabilidade com o incremento das partculas debambu nos painis. Esse resultado pode ser atribudo diferena entre a massa especfica das partculas

    de madeira e bambu (PAPADOPOULOS, 2004).Embora painis com maiores propores de bambutenham apresentado uma maior absoro de gua,para o inchamento em espessura, uma maior liberaodas tenses de compresso proporcionada pela menormassa especfica das partculas de bambu podem ter

    influenciado na obteno desse resultado.

    MELO et al. (2009), ao estudarem amanufatura de painis utilizando partculas de madeirae casca de arroz, verificaram que o aumento percentual

    da casca tambm proporcionou uma perda de qualidadenas propriedades fsicas destes painis (maioresabsoro de gua e inchamento em espessura). Almdas caractersticas inerentes ao material utilizado, osautores atribuem este comportamento a dificuldades

    de interao das diferentes partculas no processode colagem. Comportamento similar pode ter sidoobservado para os painis produzidos com partculasde bambu e madeira.

    Os percentuais de inchamento emespessura observados para todos os tratamentos,em mdia, atenderam as exigncias da norma decomercializao da AMERICAN NATIONAL

    Figura 1 - Variao da massa especfica e do teor de umidade de equilbrio nos painis.

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    STANDARDS INSTITUTE ANSI 208.1 (1993),que considera aceitveis percentuais de absoro deat 35% aps 24 horas de imerso.

    Propriedades mecnicas dos painisOs mdulos de elasticidade (MOE) e ruptura

    (MOR) flexo esttica verificados para os painis

    foram estimados com eficcia por meio da proporo de

    bambu utilizados na manufatura destes. Os resultadosobtidos indicaram redues na resistncia e rigidez dospainis com o aumento percentual das partculas de

    bambu (Figura 3). Diferente disso, CALEGARI et al.(2007), ao estudarem formas de partculas e mtodosde montagem diferentes do presente estudo, noobservaram influncia na adio de partculas de bambu

    em painis aglomerados produzidos com Eucalyptussp. J HIZIROGLU et al. (2005), ao estudarem painisproduzidos com diferentes propores de Eucalyptuscamaldulensis, palha de arroz e bambu, tambmobservaram que a resistncia mecnica de painis mistosfoi inferior, quando comparada aos painis produzidosexclusivamente com partculas de madeira. Esseresultado pode ser atribudo pelos painis produzidosexclusivamente com madeira apresentarem teoricamente

    maiores teores de celulose de que aqueles em que houvea adio do bambu (STANGERLIN et al., 2011). Essacaracterstica qumica pode proporcionar um maior graude polimerizao e de cristalinidade, os quais interferemdiretamente no aumento das propriedades mecnicas.

    ARRUDA et al. (2011) verificaram

    que o incremento percentual de at 25% departculas de bambu em painis aglomerados noinfluenciaram no desempenho mecnico desses

    painis. Resultados similares foram observadospor MELO et al. (2009) ao avaliarem a produo

    de painis utilizando partculas de madeira e cascade arroz. A norma ANSI 208.1 (1993) estabelece,como requisito mnimo para ensaios de flexo

    esttica, uma exigncia de 1.700MPa para o MOEe de 11MPa para o MOR. No presente estudo, essaexigncia foi atendida pelos painis produzidosexclusivamente com partculas de madeira, oupor aqueles que utilizaram em sua composiopercentuais de at 50% de partculas de bambu.

    O incremento das partculas de bambunos painis tambm proporcionou a reduo daresistncia ao arrancamento de parafuso (Figura 4).CALEGARI et al. (2007) no observaram diferena

    Figura 2 - Absoro de gua e inchamento em espessura aps 2 e 24 horas de imerso em funo da proporo de bambu nos painis (PB).

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    significativa neste parmetro para as diferentes

    composies madeira-bambu avaliadas. Quanto qualidade da colagem dos painis, avaliada por meio

    da resistncia ligao interna, no foi influenciadapelas diferentes composies dos painis, no sendopossvel a gerao de modelos para predio destapropriedade. HIZIROGLU et al. (2005) tambmverificaram em seu estudo que painis produzidos

    exclusivamente com partculas de bambu, madeiraou com a mistura destas, no se diferenciaramestatisticamente quanto resistncia ligaointerna. J CALEGARI et al. (2007) e ARRUDA etal. (2011) observaram que painis confeccionadoscom maiores propores de partculas de bambuapresentaram uma reduo na resistncia ligaointerna dos painis.

    A exigncia quanto resistnciaao arrancamento de parafusos requerida paracomercializao dos tipos de painis avaliados

    de aproximadamente 10N(ANSI 208.1, 1993).Desse modo, nenhum dos tratamentos avaliadosapresentou valores superiores ou equivalentesaos exigidos. O mesmo caso ocorreu quando seavaliou o desempenho da ligao interna, quandonenhum dos tratamentos avaliados atingiu o valorestabelecido pela normativa, que de cerca de0,35 N (ANSI 208.1, 1993). PAPADOPOULOS etal. (2004) sugerem que, para atingir as rigorosasexigncias da ANSI, painis produzidos compartculas de bambu colados com UF devemutilizar teores de adesivo de aproximadamente14%, percentual que representa apenas cerca de

    Figura 3 - Estimativas dos mdulos de elasticidade (MOE) e ruptura (MOR) flexo esttica em

    funo da proporo de bambu dos painis (PB).

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    60% do que foi empregado para produo dospainis no presente estudo.

    CONCLUSO

    Os resultados obtidos indicam que aspartculas de bambu apresentam potencial paraserem utilizados como matria-prima alternativana composio de painis aglomerados. O aumentodo percentual de partculas de bambu proporcionouperda de qualidade nos painis (aumento daabsoro de gua e reduo da resistncia a flexo e

    ao arrancamento de parafuso). Embora a utilizaodo bambu tenha proporcionado uma reduo nosparmetros qualitativos dos painis, a composiode painis mistos com partculas de madeira-bambu, com uso de partculas de bambu em menorproporo, representando at metade da composiototal de partculas do painel, pode ser possvel produo de painis aglomerados com propriedadesfsico-mecnicas similares quelas confeccionadosexclusivamente com partculas de madeira.

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    Figura 4 - Resistncia ao arrancamento de parafuso (AP) e de ligao interna (LI)

    em funo da proporo de bambu dos painis (PB).

    http://www.scielo.cl/pdf/maderas/http://www.springerlink.com/http://www.springerlink.com/http://www.scielo.cl/pdf/maderas/
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