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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM
ENGENHARIA MECNICA
AVALIAO MECNICA E MICROESTRUTURAL DE
COMPSITOS DE MATRIZ DE POLISTER COM ADIO DE
CARGAS MINERAIS E RESDUOS INDUSTRIAIS
Dissertao submetida
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
como parte dos requisitos para a obteno do grau de
MESTRE EM ENGENHARIA MECNICA
EYLISSON ANDR DOS SANTOS
ORIENTADOR: PROF. Ph.D JOS DANIEL DINIZ MELO
Natal, julho de 2007.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM
ENGENHARIA MECNICA
AVALIAO MECNICA E MICROESTRUTURAL DE
COMPSITOS DE MATRIZ DE POLISTER COM ADIO DE
CARGAS MINERAIS E RESDUOS INDUSTRIAIS
EYLISSON ANDR DOS SANTOS
Esta dissertao foi julgada adequada para a obteno do ttulo de
MESTRE EM ENGENHARIA MECNICA
sendo aprovada em sua forma final.
_________________________________
Prof. Ph.D. Jos Daniel Diniz Melo (UFRN)
Orientador
__________________________________
Prof. Dr. Edcleide Maria Arajo (UFCG)
__________________________________
Prof. Dr. Maurcio Rodrigues Borges (UFRR)
__________________________________
Prof. Dr. Eng. Rubens Maribondo do Nascimento (UFRN)
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Dedicatria
Aos meus familiares e
amigos, pelo apoio e
incentivo.
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Agradecimentos
Aos meus familiares, em especial a Maria Jos dos Santos pelo apoio e incentivo.
Joice de Lima Lopes, pelo amor e carinho em todos os momentos, e por fazer parte
da minha vida.
Ao professor e orientador Jos Daniel Diniz Melo, pela orientao, dedicao,
pacincia e empenho demonstrados na elaborao deste trabalho.
Ao PPGEM/UFRN pelo suporte financeiro e pela oportunidade que me foi dada para
fazer mestrado.
CAPES pela bolsa de mestrado.
Ao professor Cludio Romero e aos tcnicos Francisco Paulino da Silva e Joo Maria
Alves Frazo que contriburam para a realizao deste trabalho.
Alpargatas, pelo fornecimento do resduo de EVA.
Tecniplas, que forneceu a areia e a diatomita para a confeco dos compsitos.
Bonor, que forneceu o resduo de polister.
Ao Laboratrio de Metrologia, por ter possibilitado a utilizao do equipamento
projetor de perfil e ao aluno Marcelo Costa Tanaka pelo auxlio na utilizao do equipamento.
Ao Laboratrio de Cimentos do Departamento de Qumica da UFRN, por ter
possibilitado a utilizao do equipamento de ensaio de flexo para os ensaios preliminares.
Ao Nupeg (ANP), pelas anlises microscpicas.
Ao Laboratrio de Tratamento de Minrios do CEFET-RN, pela utilizao do
moinho de martelo e a Antnio de Pdua Arlindo Dantas, pelo auxlio no manuseio do
equipamento.
Rannier Marques Mendona, pelas dicas e ajuda na confeco das primeiras placas
de compsitos.
Aos professores Antonio Eduardo Martinelli, Edcleide Maria Arajo, Maurcio
Rodrigues Borges e Rubens Maribondo do Nascimento, que se disponibilizaram para compor
a banca examinadora.
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Sumrio
1. Introduo ........................................................................................................................ 13
2. Reviso Bibliogrfica ....................................................................................................... 16
2.1. Materiais Compsitos ................................................................................................ 16
2.1.1. Definio e Classificao .................................................................................. 16
2.1.2. Propriedades dos Compsitos Polimricos ........................................................ 17
2.1.3. Ensaios Mecnicos em Compsitos................................................................... 20
2.2. Matriz de Polister...................................................................................................... 22
2.3. Compsitos Reforados com Partculas ...................................................................... 23
2.4. Uso de Cargas em Compsitos.................................................................................... 24
2.4.1. Diatomita .......................................................................................................... 25
2.5. Resduos Slidos Industriais ....................................................................................... 29
2.5.1. Reciclagem de Resduos Slidos ....................................................................... 32
2.5.2. Resduo Slido de Polister............................................................................... 33
2.5.3. Resduo Slido de EVA (Etileno Acetato de Vinila).......................................... 34
3. Procedimento Experimental.............................................................................................. 37
3.1. Materiais Utilizados................................................................................................... 37
3.1.1. Resduo de Polister.........................................................................................37
3.1.2. Resduo de EVA .............................................................................................. 38
3.1.3. Areia................................................................................................................ 39
3.1.4. Diatomita ......................................................................................................... 39
3.2. Definio das Fraes de Cargas................................................................................40
3.3. Confeco das Placas de Compsitos......................................................................... 40
3.4. Confeco dos Corpos de Prova.................................................................................44
3.5. Ensaio de Flexo ....................................................................................................... 46
3.6. Ensaio de Impacto Charpy ......................................................................................... 48
3.7. Anlise Granulomtrica das Cargas ........................................................................... 51
3.8. Anlise Microscpica e Qumica ...............................................................................51
4. Resultados e Discusso.....................................................................................................53
4.1. Anlise granulomtrica das Cargas ............................................................................. 53
4.2. Confeco das Placas..................................................................................................56
4.2.1. Placas Confeccionadas com Resduo de Polister.............................................. 56
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4.2.2. Placas Confeccionadas com Resduo de EVA ................................................... 57
4.2.3. Placas Confeccionadas com areia ...................................................................... 58
4.2.4. Placas Confeccionadas com diatomita ............................................................... 59
4.3. Ensaios de Flexo....................................................................................................... 60
4.4. Ensaios de Impacto..................................................................................................... 69
4.5. Anlise Microscpica e Qumica das Cargas............................................................... 74
4.6. Anlise Microscpica dos Compsitos........................................................................ 77
4.6.1. Compsito com Partculas de Polister.............................................................. 77
4.6.2. Compsito com Partculas de EVA ................................................................... 79
4.6.3. Compsito com Areia ....................................................................................... 80
4.6.4. Compsito com Diatomita................................................................................. 82
4.6.5. Compsito com Areia e Diatomita .................................................................... 84
5. Concluses ....................................................................................................................... 86
6. Sugestes de Trabalhos Futuros........................................................................................89
Referncias .......................................................................................................................... 90
Apndice.............................................................................................................................. 98
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Lista de Figuras
Figura 2.1: Representao esquemtica do ensaio de flexo em trs pontos .......................... 20
Figura 2.2: Representao esquemtica da mquina de ensaio de impato Charpy.................. 21
Figura 2.3: Detalhe da diatomita de formato cilndrico e navicular ....................................... 29
Figura 2.4: Resduo proveniente do corte de chapas de EVA expandido ............................... 36
Figura 3.1: (a) Resduo da indstria botes em forma de gros e (b) Moinho de martelo....... 38
Figura 3.2: Resduo de EVA em forma de p ....................................................................... 38
Figura 3.3: Adio de areia em tubulaes durante o processo de fabricao ........................ 39
Figura 3.4: Diatomita em forma de p ..................................................................................39
Figura 3.5: Desenho esquemtico do molde utilizado na confeco das placas ..................... 41
Figura 3.6: Seqncia esquemtica da confeco das placas. (a) preparao da superfcie com
o desmoldante, (b) colocao da mistura no molde, (c) fechamento do molde, (d) fechamento
da bolsa de vcuo, (e) aplicao do vcuo e (f) retirada das placas........................................ 42
Figura 3.7: Placa de poliamida e (b) detalhe dos furos para permitir a aplicao do vcuo e a
retirada de bolhas de ar do compsito...................................................................................43
Figura 3.8: Concentrao de resduos nas extremidades da placa .......................................... 44
Figura 3.9: Distribuio uniforme de resduos na placa......................................................... 44
Figura 3.10: Corpo-de-prova para ensaio de flexo............................................................... 45
Figura 3.11: Corpo-de-prova para ensaio de impacto ............................................................ 45
Figura 3.12: Bits usado no entalhe dos corpos de prova ........................................................ 46
Figura 3.13: (a) Projetor de perfil e (b) detalhe da usinagem do entalhe no corpo-de-prova na
plaina limadora..................................................................................................................... 46
Figura 3.14: Detalhe da mquina de ensaio de flexo em trs pontos ....................................47
Figura 3.15: Mquina de ensaio Charpy ...............................................................................49
Figura 4.1: Distribuio granulomtrica do polister ............................................................54
Figura 4.2: Distribuio granulomtrica do EVA.................................................................. 55
Figura 4.3: Distribuio granulomtrica da areia .................................................................. 55
Figura 4.4: Distribuio granulomtrica da diatomita ........................................................... 56
Figura 4.5: Corpos de prova para ensaio de impacto com as trs granulometrias de polister.
(a) 0,3 mm, (b) 0,6 mm e (c) 1,2 mm........................................................................................57
Figura 4.6: Corpos de prova para ensaio de impacto com os trs percentuais de EVA. (a) 7,5%
de EVA, (b) 10% de EVA e (c) 12,5% de EVA.......................................................................58
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Figura 4.7: Distoro da placa com 50% de areia ................................................................. 59
Figura 4.8: Distoro da placa com 20% de diatomita .......................................................... 60
Figura 4.9: Mdulo de elasticidade dos compsitos com adio de polister.........................62
Figura 4.10: Mdulo de elasticidade dos compsitos com adio de EVA ............................ 62
Figura 4.11: Mdulo de elasticidade dos compsitos com adio de diatomita ..................... 62
Figura 4.12: Limite de resistncia a flexo dos compsitos com adio de polister ............. 63
Figura 4.13: Limite de resistncia a flexo dos compsitos com adio de EVA................... 64
Figura 4.14: Limite de resistncia a flexo dos compsitos com adio de diatomita ............ 64
Figura 4.15: Deformao mxima na flexo dos compsitos com adio de polister ........... 65
Figura 4.16: Deformao mxima na flexo dos compsitos com adio de EVA ................ 65
Figura 4.17: Deformao mxima na flexo dos compsitos com adio de diatomita.......... 66
Figura 4.18: Mdulo de elasticidade dos compsitos ............................................................ 68
Figura 4.19: Limite de resistncia dos compsitos ................................................................ 68
Figura 4.20: Deformao mxima na flexo dos compsitos ................................................69
Figura 4.21: Resistncia ao Impacto de corpos de prova com adio de polister.................. 71
Figura 4.22: Resistncia ao Impacto de corpos de prova com adio de EVA....................... 71
Figura 4.23: Resistncia ao Impacto de corpos de prova com adio de diatomita ................ 71
Figura 4.24: Melhores resultados de resistncia ao Impacto.................................................. 73
Figura 4.25: Aspecto dos corpos de prova rompidos aps o ensaio de impacto. .................... 73
Figura 4.26: Morfologia obtida por MEV do resduo de polister. ........................................ 74
Figura 4.27: Morfologia obtida por MEV do resduo de EVA............................................... 74
Figura 4.28: Morfologia obtida por MEV da areia ................................................................ 75
Figura 4.29: Detalhe do formato cilndrico da diatomita, obtida por MEV............................ 76
Figura 4.30: Detalhe do formato navicular da diatomita, com poros circulares e elpticos,
obtida por MEV ................................................................................................................... 76
Figura 4.31: Superfcie de fratura obtida por MEV do compsito com resduo de polister .. 79
Figura 4.32: Detalhe de uma partcula de polister, obtida por MEV, mostrando a boa
aderncia da partcula com a matriz...................................................................................... 79
Figura 4.33: Superfcie de fratura obtida por MEV do compsito com resduo de EVA........ 79
Figura 4.34: Detalhe do resduo de EVA aderido na matriz obtida por MEV ........................ 80
Figura 4.35: Fotomicografia obtida por MEV do detalhe da superfcie de fratura do compsito
com areia.............................................................................................................................. 81
Figura 4.36: Fotomicrografia obtida por MEV do detalhe da interface areia/matriz .............. 81
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Figura 4.37: Fotomicrografia obtida por MEV do detalhe do gro de areia fraturado e seu
descolamento da matriz. ....................................................................................................... 82
Figura 4.38: Fotomicrografia obtida por MEV da superfcie de fratura do compsito com
diatomita .............................................................................................................................. 82
Figura 4.39: Fotomicrografia obtida por MEV do compsito com 20% de diatomita ............ 83
Figura 4.40: Fotomicrografia obtida por MEV do compsito com 40% de diatomita ............ 84
Figura 4.41: Fotomicrografia obtida por MEV do detalhe da superfcie de fratura do
compsito com areia + diatomita.......................................................................................... 85
Figura 4.42: Fotomicrografia obtida por MEV do detalhe da adeso carga/matriz no
compsito com areia + diatomita.......................................................................................... 85
Figura A.1: Grfico fora x deflexo do ensaio de flexo dos compsitos sem carga ........... 98
Figura A.2: Grfico fora x deflexo do ensaio de flexo dos compsitos com adio de
polister (0,3 mm) ................................................................................................................98
Figura A.3: Grfico fora x deflexo do ensaio de flexo dos compsitos com adio de
polister (0,6 mm) ................................................................................................................99
Figura A.4: Grfico fora x deflexo do ensaio de flexo dos compsitos com adio de
polister (1,2 mm) ................................................................................................................99
Figura A.5: Grfico fora x deflexo do ensaio de flexo dos compsitos com adio de 7,5 %
de EVA .............................................................................................................................. 100
Figura A.6: Grfico fora x deflexo do ensaio de flexo dos compsitos com adio de 10 %
de EVA .............................................................................................................................. 100
Figura A.7: Grfico fora x deflexo do ensaio de flexo dos compsitos com adio de
12,5% de EVA ................................................................................................................... 101
Figura A.8: Grfico fora x deflexo do ensaio de flexo dos compsitos com adio de
areia.. ................................................................................................................................. 101
Figura A.9: Grfico fora x deflexo do ensaio de flexo dos compsitos com adio de 20 %
de diatomita ....................................................................................................................... 102
Figura A.10: Grfico fora x deflexo do ensaio de flexo dos compsitos com adio de 40
% de diatomita ................................................................................................................... 102
Figura A.11: Grfico fora x deflexo do ensaio de flexo dos compsitos com adio de 70%
de areia e 5% de diatomita.................................................................................................. 103
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Lista de Tabelas
Tabela 2.1: Classificao dos Resduos Slidos....................................................................30
Tabela 3.1: Fraes em massa das cargas utilizadas..............................................................40
Tabela 4.1: Composio granulomtrica do polister, do EVA e da areia ............................. 54
Tabela 4.2: Composio granulomtrica da diatomita........................................................... 56
Tabela 4.3: Propriedades mecnicas dos compsitos ............................................................ 61
Tabela 4.4: Resistncia ao impacto dos corpos de prova ....................................................... 69
Tabela 4.5: Composio qumica da areia obtida por Fluorescncia de Raios-x ................... 75
Tabela 4.6: Composio qumica da diatomita obtida por Fluorescncia de Raios-x ............. 77
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Resumo
Com o crescimento acelerado do consumo de produtos industrializados, principalmente de
produtos descartveis, o aumento excessivo de lixo e sua disposio em lugares inadequados
tornaram-se um dos grandes problemas da sociedade moderna. A utilizao de resduos
slidos industriais como carga em compsitos uma idia que surge com o intuito de buscar
alternativas adequadas para o reaproveitamento desses resduos, visando tambm o
desenvolvimento de materiais com propriedades superiores quelas dos materiais
convencionais. Neste trabalho, estudou-se a influncia da adio de resduos industriais de
polister e EVA (Etileno Acetato de Vinila), alm de cargas de areia e diatomita, nas
propriedades mecnicas de compsitos de matriz polister. O principal objetivo foi avaliar o
comportamento mecnico desses materiais com a adio de cargas de resduo industrial,
comparando-os com as propriedades da resina pura. Corpos-de-prova foram confeccionados e
as propriedades mecnicas dos compsitos obtidos foram analisadas, atravs de testes de
flexo e de impacto. Aps os ensaios mecnicos, a superfcie de fratura dos corpos-de-prova
foi analisada por microscopia eletrnica de varredura (MEV). Os resultados dos ensaios de
flexo mostraram que alguns compsitos apresentaram maior mdulo, quando comparados
com os resultados da resina pura; com destaque para os confeccionados com areia e diatomita,
em que o aumento do mdulo chegou a 168 %. Os compsitos confeccionados com adio de
polister e de EVA apresentaram mdulo mais baixo que o da resina pura. Tanto o limite de
resistncia quanto deformao mxima, apresentaram reduo nos seus valores, quando da
adio de cargas. A resistncia ao impacto, em relao resina pura, foi reduzida em todos os
compsitos com adio de cargas, exceto nos compsitos com a adio de EVA, onde houve
um aumento de aproximadamente 6 %. Com base nos ensaios mecnicos realizados, nas
anlises microscpicas e na compatibilidade das cargas com a resina polister, a utilizao das
cargas de resduos slidos industriais em compsitos mostrou-se vivel, considerando que
para cada tipo de carga haver uma aplicao especfica.
Palavras-chave: Compsitos, cargas, resduos industriais.
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Abstract
With the current growth in consumption of industrialized products and the resulting increase
in garbage production, their adequate disposal has become one of the greatest challenges of
modern society. The use of industrial solid residues as fillers in composite materials is an idea
that emerges aiming at investigating alternatives for reusing these residues, and, at the same
time, developing materials with superior properties. In this work, the influence of the addition
of sand, diatomite, and industrial residues of polyester and EVA (ethylene vinyl acetate), on
the mechanical properties of polymer matrix composites, was studied. The main objective was
to evaluate the mechanical properties of the materials with the addition of recycled residue
fillers, and compare to those of the pure polyester resin. Composite specimens were fabricated
and tested for the evaluation of the flexural properties and Charpy impact resistance. After the
mechanical tests, the fracture surface of the specimens was analyzed by scanning electron
microscopy (SEM). The results indicate that some of the composites with fillers presented
greater Youngs modulus than the pure resin; in particular composites made with sand and
diatomite, where the increase in modulus was about 168 %. The composites with polyester
and EVA presented Youngs modulus lower than the resin. Both strength and maximum strain
were reduced when fillers were added. The impact resistance was reduced in all composites
with fillers when compared to the pure resin, with the exception of the composites with EVA,
where an increase of about 6 % was observed. Based on the mechanical tests, microscopy
analyses and the compatibility of fillers with the polyester resin, the use of industrial solid
residues in composites may be viable, considering that for each type of filler there will be a
specific application.
Keywords: Composites, fillers, industrial residues.
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1. Introduo
O uso de compsitos como material de engenharia no algo recente. A tecnologia
dos materiais compsitos, especificamente a dos plsticos reforados, teve um progresso
significante no incio dos anos 40, pois foi neste perodo que houve um grande crescimento de
sua aplicao em elementos estruturais [1]. Inmeras conquistas tecnolgicas recentes,
principalmente nas reas aeronutica, aeroespacial, petroqumica, naval, bioengenharia,
automobilstica, construo civil, e de artigos esportivos, entre outras, somente se tornaram
viveis aps o advento dos compsitos estruturais [2]. A fim de satisfazer s novas
necessidades do mercado, houve um aumento da demanda por materiais de alto desempenho,
mais resistentes e leves [3]. Os compsitos vm a cada dia conquistando novos setores da
indstria pelo fato de apresentarem propriedades como baixa densidade, alta resistncia
especfica, alto mdulo de elasticidade, alta resistncia qumica, alm de permitir a fabricao
de peas com geometrias complexas [4].
Atualmente, tem-se utilizado vrios tipos de componentes fabricados com materiais
compsitos devido as suas caractersticas que unem propriedades de metais, cermicas e
polmeros [5]. Ocorre que, em alguns casos, o custo de componentes de compsitos mais
elevado quando comparado a componentes fabricados com materiais mais tradicionais,
inviabilizando assim a comercializao desses produtos. o caso, por exemplo, de tubulaes
industriais onde, apesar das vantagens de propriedades oferecidas pelos compsitos, o custo
de tubos de compsitos pode ser superior aos tubos de ferro fundido, para que as exigncias
de normas sejam atendidas. Nesses casos, a utilizao de cargas, com o objetivo de reduzir o
custo dos componentes produzidos, fundamental para que componentes de compsitos
possam competir no mercado.
A tecnologia tem trazido grandes benefcios sociedade, proporcionando o seu
desenvolvimento. Mas, tambm, traz efeitos negativos, proporcionando problemas ecolgicos
(esgotamento progressivo da base dos recursos naturais) e ambientais (reduo da capacidade
de recuperao dos ecossistemas). Entre os efeitos ambientais negativos que as inovaes
tecnolgicas podem originar esto [6]:
A gerao de subprodutos txicos;
O impacto acumulativo dos novos produtos na demanda de energia e materiais
nos estgios de produo e consumo;
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O impacto cumulativo de novas tecnologias de produto e de processo na
capacidade de disposio de resduos.
Com o aumento crescente da produo e do consumo mundial de produtos
industrializados, a reciclagem de materiais tornou-se uma das mais importantes atividades de
controle ambiental, agregando valores econmicos e desenvolvimento tecnolgico [7]. A
reciclagem e o reaproveitamento de materiais so formas adequadas de minimizar o problema
do lixo, trazendo grandes benefcios s comunidades, incluindo a proteo da sade pblica.
A destinao final dos resduos industriais, lquidos e slidos, motivo de crescente
preocupao das empresas e dos rgos ambientais que, atravs de rigorosa fiscalizao, tm
obrigado as empresas a cuidados minuciosos com seus resduos, durante todo o processo
produtivo, desde a sua correta classificao, tratamento, coleta, transporte, at a sua
destinao final. Na busca de novas alternativas para se dar uma destinao nobre a esses
resduos, muitas pesquisas e trabalhos vm sendo desenvolvidos em todo o mundo,
principalmente por pesquisadores das reas de engenharia civil, materiais, mecnica e
qumica, propondo alternativas ao descarte desses materiais no meio ambiente, visando seu
reaproveitamento como matria-prima na fabricao de diversos produtos, como por exemplo,
resduos de borracha na fabricao de cimento Portland, cermica vermelha e em misturas
asflticas. A contnua necessidade, por parte do mercado, de novos produtos dotados de
propriedades funcionais sempre melhores, tambm tem estimulado a pesquisa para a
aplicao de materiais de baixo custo. Nos ltimos anos, foram muitos os estudos que
analisaram a possibilidade de reciclagem de uma vasta gama de resduos industriais. A maior
parte das pesquisas demonstrou a importncia da reciclagem na proteo ambiental e no
desenvolvimento tecnolgico [7, 8].
Neste contexto, o desenvolvimento de trabalhos de pesquisa que contemplem a
reutilizao de resduos torna-se muito importante, dentro de uma viso que trata estes
poluentes como matrias-primas importantes para aplicaes nobres, com maior valor
agregado, visando a sua transformao em bens teis sociedade e proteo do meio
ambiente. A utilizao de resduos industriais como carga em materiais compsitos uma
idia que surge no intuito de buscar mais uma alternativa para o reaproveitamento desses
resduos, visando o desenvolvimento de novos materiais, com boas propriedades.
Dentre as vrias formas de processamento e destinao final do lixo, a reciclagem
dos resduos recuperveis, defendida por entidades ambientalistas, vem obtendo crescente
aceitao em todo mundo. A reciclagem desses resduos, alm de ajudar nas questes
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sanitrias e na preservao das reservas naturais de matrias-primas, elimina custos com
armazenamento, proporcionando economia para as empresas e para o estado [8].
Na indstria caladista, a gerao de resduos um problema. As empresas desses
segmentos industriais, impulsionadas pela competio do mercado, buscam a elevao da
produtividade, utilizando processos modernos, em grande escala de produo. Durante a
fabricao, para se obter a forma final dos calados, so produzidas sobras e retalhos.
Constitui, portanto, caracterstica tpica dessa atividade industrial, a gerao de grande
quantidade de resduo. A maior parte dessas sobras no serve para ser utilizada na prpria
indstria, da o seu acmulo crescente com o crescimento econmico do setor [9]. O mesmo
acontece na indstria de botes, onde a gerao de resduos oriundos do processo de
fabricao tambm um problema.
A utilizao de cargas de resduos industriais em compsitos surge como uma
necessidade, para viabilizar economicamente a utilizao desses materiais em diversas
aplicaes de engenharia. Alm das cargas atualmente utilizadas, o uso de resduos industriais
como carga em compsitos, justifica-se principalmente pela conservao do meio ambiente,
por serem materiais de difcil decomposio.
O objetivo principal desta investigao foi avaliar o efeito da adio de cargas nas
propriedades mecnicas de compsitos de resina polister, comparando-os com as
propriedades da resina sem carga, para permitir o estudo do potencial de utilizao dos
resduos industriais como alternativa a cargas minerais.
Como objetivos especficos, tm-se:
Avaliar o efeito da adio de resduos industriais de polister e EVA (Etileno
acetato de vinila), nas propriedades mecnicas de compsitos de resina polister,
comparando com cargas de areia e diatomita.
Analisar o processamento dos compsitos relacionando com a granulometria,
composio e tipo de cargas utilizadas.
Caracterizar, atravs de microscopia eletrnica, as interaes carga/matriz nos
compsitos, relacionando com as propriedades mecnicas avaliadas.
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2. Reviso Bibliogrfica
2.1. Materiais Compsitos
2.1.1. Definio e Classificao
Um material compsito formado por uma matriz e uma ou mais fases dispersas,
possuindo propriedades que no so obtidas pelos materiais constituintes matriz e fase
dispersa separadamente [10, 11]. A denominao destes materiais bastante diversificada,
podendo ser tratados na literatura como: compostos, conjugados ou compsitos [12].
Os compsitos podem surgir de combinaes entre metais, cermicas e polmeros.
As possveis combinaes so condicionadas s condies de processamento e s
incompatibilidades entre os componentes. Compsitos para aplicaes estruturais, geralmente,
utilizam fibras sintticas ou naturais, como agentes de reforo. As fibras podem ser contnuas
ou descontnuas, alinhadas ou com distribuio aleatria, podendo ser obtidas em uma
variedade de formas, como mantas e pr-formas txteis de diferentes arquiteturas. Como
componente matricial, os polmeros so os materiais mais utilizados, devido sua baixa
densidade, inrcia qumica e fcil moldagem. Os materiais compsitos polimricos
apresentam propriedades mecnicas especficas que podem exceder, consideravelmente, s
dos metais [13].
Os constituintes dos compsitos estruturais tm funes distintas, sendo um deles
responsvel por suportar os esforos mecnicos (reforo) e o outro (matriz) responsvel por
transferir os esforos mecnicos externos para o reforo. Os componentes estruturais podem
ser fibrosos ou em forma de partculas como, por exemplo, as fibras de vidro e a areia,
respectivamente. As matrizes polimricas podem ser termoplsticas ou termofixas. A
interface reforo-matriz, tambm, desempenha um importante papel para os materiais
compsitos, pois tem grande influncia nas propriedades finais [12].
A escolha do tipo de material de reforo muito importante, pois alm de ter grande
impacto nas propriedades finais do compsito, tem tambm grande importncia no custo do
produto final. Muitas vezes, utilizado mais de um tipo de reforo com o objetivo de obter
propriedades nicas e/ou reduzir custos, formando uma combinao hbrida [14].
Os materiais compsitos podem ser classificados de acordo com a sua natureza, com
a estrutura de seus componentes (matriz e reforo), e tambm de acordo com a geometria ou
forma das fases presentes. De acordo com a fase dispersa, so classificados em [15]:
-
Fibrosos: as fibras podem ser contnuas ou curtas com orientao definida ou
aleatria;
Particulados: partculas (esfricas, planas, elipsoidais, irregulares) dispersas na
matriz;
Hbridos: mistura de dois ou mais componentes em forma de fibras ou partculas,
ou os dois ao mesmo tempo.
2.1.2. Propriedades dos Compsitos Polimricos
Em projetos de materiais compsitos, combinam-se vrios materiais com o objetivo
de produzir um novo material com caractersticas especiais. O desempenho dos compsitos
fortemente influenciado pelas propriedades dos seus materiais constituintes, sua distribuio,
frao volumtrica e interao entre eles.
Para a formao do material compsito necessrio haver uma interao entre a
matriz polimrica e o reforo, proporcionando a transferncia de esforos mecnicos, uma vez
que as propriedades do compsito dependem dessa interao. As propriedades dos compsitos
so, tambm, funo das propriedades das fases constituintes, das suas quantidades relativas e
da geometria da fase dispersa [5].
Assim, os seguintes fatores so fundamentais para as propriedades dos compsitos
polimricos [16]:
Propriedades dos componentes individuais e composio;
Interao entre as fases;
Razo de aspecto e porosidade da carga;
Disperso do reforo.
a) Propriedades dos componentes individuais e composio
Ao se adicionar uma carga a um polmero, a primeira idia de que as propriedades
do novo material formado sejam intermedirias entre as propriedades dos dois componentes.
Esse comportamento previsto para a propriedade (P) de um compsito, atravs da regra das
misturas. A equao geral da regra das misturas dada por:
bbaa VPVPP .. += (2.1)
-
Onde:
Os ndices a e b referem-se aos componentes (matriz e fase dispersa) e
V a frao volumtrica.
b) Interao entre as fases
A transferncia de tenses entre o polmero e a carga ocorre atravs da regio de
contato, denominada interface. Assim, a interface assume papel decisivo nas propriedades
mecnicas do material final, de modo que uma boa aderncia resulta em boas propriedades
mecnicas, como mdulo de elasticidade e resistncia mecnica. Esta aderncia est
relacionada com as propriedades qumicas das cargas, bem como com as conformaes
moleculares e constituio qumica da matriz.
Os mecanismos de aderncia entre os constituintes de um compsito so basicamente
os seguintes [16]:
Adsoro e molhamento. O molhamento eficiente da carga pelo polmero remove
o ar incluso e cobre todas as suas protuberncias. Este mecanismo depender das
tenses superficiais dos componentes.
Interdifuso. Ocorre quando h formao de ligaes entre matriz/fibra. Para isso,
algumas cargas necessitam ser modificadas superficialmente por um agente de
acoplamento antes de serem incorporadas matriz. A resistncia da ligao
depende do grau de emaranhamento molecular gerado entre o polmero matriz e a
superfcie da fibra modificada. A porosidade da carga tem grande influncia no
aumento da resistncia do polmero a ser modificado.
Atrao eletrosttica. Ocorre quando duas superfcies possuem cargas eltricas
opostas, como nos casos de interaes cido-base e ligaes inicas. A resistncia
da ligao depender da densidade de cargas eltricas.
Ligao qumica. a forma mais eficiente de adeso em compsitos. Ocorre,
geralmente, com a aplicao de agentes de acoplamento na superfcie da carga,
que serve como ponte entre o polmero e o reforo, como resultado de sua dupla
funcionalidade. A resistncia mecnica da interface depende do nmero e tipo de
ligaes qumicas presentes.
-
Adeso mecnica. resultado do preenchimento, pelo polmero, dos entalhes da
superfcie da carga, que apresenta cantos vivos, cavidades e outras irregularidades.
A resistncia desta ligao tende a ser baixa, a menos que haja um grande nmero
de ngulos de reentrncias na superfcie da carga.
Das formas de aderncia expostas acima, a adsoro e a ligao qumica so as mais
eficientes. Considerando a falta de afinidade inerente entre o polmero (orgnico) e a carga
(geralmente inorgnica), a modificao superficial da carga com agentes de acoplamento tem
grande importncia no desenvolvimento do compsito. O agente de acoplamento promove a
unio qumica entre as fases ou altera a energia superficial da carga para permitir um
molhamento eficiente. Este ltimo importante quando se tem polmeros apolares
hidrofbicos com cargas polares hidroflicas.
c) Razo de aspecto e porosidade da carga
A transferncia de tenses entre a matriz e o reforo mais eficiente quando a razo
de aspecto alta. Sendo assim, o reforo mais eficiente obtido com o uso de cargas fibrosas,
seguido por escamas ou plaquetas e finalmente por partculas esfricas, onde a razo de
aspecto 1. O aumento da razo de aspecto, alm de aumentar a resistncia trao, aumenta
tambm o mdulo elstico [16].
No caso de compsitos fibrosos, existe um comprimento de fibra crtico para se obter
boas propriedades, pelo fato das extremidades das fibras serem pontos de concentrao de
tenses que fragilizam o material. Com comprimentos elevados e alinhamento no sentido da
solicitao, as fibras passam a suportar as tenses diretamente, elevando a resistncia do
material.
O tamanho das partculas tambm importante, pois define a rea de contato com a
matriz. Em geral, a resistncia aumenta com a diminuio do tamanho de partcula. Cargas
porosas como o negro de fumo ou diatomita, produzem bons nveis de resistncia devido a
uma adeso mecnica mais eficiente e at difuso das macromolculas na estrutura da carga.
d) Disperso do reforo
Boa disperso das cargas na matriz uma das condies necessrias para se ter boas
propriedades mecnicas. H uma tendncia natural das cargas formarem aglomerados,
impedindo o envolvimento completo pela matriz, o que gera concentrao de tenses, e,
conseqentemente, reduo das propriedades mecnicas do material.
-
Carga aplicada
2.1.3. Ensaios Mecnicos em Compsitos
Um dos ensaios mecnicos mais utilizados na caracterizao de compsitos o
ensaio de flexo em trs pontos. O ensaio de flexo em trs pontos consiste na aplicao de
uma carga no centro de um corpo-de-prova especfico, padronizado, apoiado em dois pontos,
como mostra a Figura 2.1. A carga aplicada aumenta lentamente at a ruptura do corpo-de-
prova. O valor da carga aplicada versus o deslocamento do ponto central a resposta do
ensaio [17]. Os principais resultados do ensaio de flexo so: mdulo de elasticidade, limite
de resistncia flexo e deformao mxima.
Figura 2.1 - Representao esquemtica do ensaio de flexo em trs pontos.
A resistncia ao impacto uma das mais importantes caractersticas do material em
um projeto para prevenir as possibilidades de fratura prematura com este tipo de solicitao
[18]. O comportamento dctil-frgil dos materiais pode ser mais amplamente caracterizado
por ensaios de impacto [17]. A carga nesses ensaios aplicada na forma de esforos por
choque (dinmicos), sendo o impacto obtido por meio da queda de um martelo ou pndulo, de
uma altura determinada, sobre um corpo-de-prova de dimenses padronizadas. O pndulo
elevado a uma certa altura, apresentando uma energia potencial inicial. Ao cair, ele colide
com o corpo-de-prova, que se rompe. A sua trajetria continua at certa altura, que
corresponde posio final, onde o pndulo apresenta uma energia potencial final.
No ensaio de impacto, a massa do martelo e a acelerao da gravidade local so
conhecidas. A posio inicial do pndulo tambm conhecida. A nica varivel desconhecida
a posio da altura final, que obtida pelo ensaio. O equipamento de ensaios registra a
altura final, aps o rompimento do corpo de prova, numa escala relacionada com a unidade de
medida de energia adotada. A diferena entre as energias inicial e final corresponde energia
-
absorvida pelo material e as perdas de energia no percurso, que so consideradas. De acordo
com o Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de energia adotada o Joule [19].
Assim, o ensaio de impacto consiste em medir a quantidade de energia absorvida por uma
amostra do material, quando submetida ao de um esforo de choque de valor conhecido.
Os ensaios de impacto mais conhecidos so denominados Charpy e Izod,
dependendo da configurao geomtrica do entalhe e do modo de fixao do corpo-de-prova
na mquina. Em ambos os casos, o corpo-de-prova tem o formato de uma barra de seo
transversal retangular, na qual usinado um entalhe em forma de V. Os requisitos essenciais
para a realizao do ensaio so: corpo-de-prova padronizado, suporte rgido no qual o corpo-
de-prova apoiado ou engastado, pndulo com massa conhecida solto de uma altura
suficiente para fraturar totalmente o material e um dispositivo de escala para medir as alturas
antes e depois do impacto do pndulo [17]. As diferenas entre os ensaios Charpy e Izod esto
na forma em que o corpo-de-prova montado (horizontal ou vertical) e na face do entalhe,
localizada ou no na regio de impacto. No ensaio Charpy o golpe desferido na face oposta
ao entalhe e no Izod desferido no mesmo lado do entalhe.
O desenho esquemtico do equipamento de ensaio usado neste trabalho mostrado
na Figura 2.2.
Figura 2.2 - Representao esquemtica da mquina de ensaio de impacto Charpy [19].
-
2.2. Matriz de Polister
Os materiais polimricos tm sido usados pelo homem desde a Antiguidade.
Contudo, nessa poca, somente eram usados materiais polimricos naturais. A sntese
artificial de materiais polimricos um processo que requer tecnologia sofisticada, pois
envolve reaes de qumica orgnica, cincia que s comeou a ser dominada a partir da
segunda metade do sculo XIX. Nessa poca comearam a surgir polmeros modificados a
partir de materiais naturais. Somente no incio do sculo XX os processos de polimerizao
comearam a ser viabilizados, permitindo a sntese plena de polmeros a partir de seus meros.
Tais processos esto sendo aperfeioados desde ento, colaborando para a obteno de
plsticos, borrachas e resinas cada vez mais sofisticados e baratos, graas a uma engenharia
molecular cada vez mais complexa [20].
O nome polister usado para descrever uma categoria de materiais obtidos
geralmente por meio de uma reao de condensao entre um polilcool e um cido
policarboxlico. Os polisteres esto entre os mais versteis polmeros sintticos conhecidos,
pois podem ser encontrados comercialmente como fibras, plsticos, filmes e resinas. A sua
sntese muito comum e pode ser feita diretamente, atravs de esterificao,
transesterificao e a reao de lcoois com cloretos de acila ou anidridos. Dependendo da
formulao inicial, pode-se obter um polister saturado ou insaturado [21].
As resinas de polister so utilizadas na fabricao de peas moldadas, com ou sem
fibra de vidro, tais como: piscinas, barcos, banheiras, tanques, telhas, domos, botes,
bijuterias, assentos sanitrios, mveis para jardim, massa plstica, mrmore sinttico, etc. Elas
fazem parte de uma famlia diferente e complexa de resinas sintticas, que so obtidas com
uma grande variedade de matrias primas como base [22]. O processo de cura da resina
polister iniciado pela adio de uma pequena poro de catalisador, como um perxido
orgnico ou um compsito aliftico. A cura pode se dar tanto em temperatura ambiente,
quanto sob temperatura elevada e com ou sem aplicao de presso [10].
Os polisteres insaturados so bastante utilizados em conjuno com fibras de vidro
para obter um polmero reforado que apresente excelentes propriedades mecnicas como a
resistncia trao e ao impacto. Para peas industriais, menos solicitadas fisicamente,
empregam-se sisal ou algodo como reforo. O emprego de polister com reforo de fibras
carbnicas e fibras de boro vem se desenvolvendo acentuadamente [23].
-
2.3. Compsitos Reforados com Partculas
Os compsitos reforados com partculas apresentam, em sua maioria, uma fase
particulada mais dura e mais rgida do que a matriz. As partculas de reforo tendem a
restringir o movimento da fase matriz na vizinhana de cada partcula. Essencialmente a
matriz transfere parte da tenso aplicada s partculas, as quais suportam uma frao de carga.
O grau de reforo ou melhoria do comportamento mecnico depende de uma ligao forte na
interface matriz-partcula [5]. Para que ocorra um reforo eficaz, as partculas devem estar
distribudas uniformemente ao longo da matriz e as fraes volumtricas das duas fases
matriz e partculas so fundamentais para a determinao do comportamento mecnico [5].
Os compsitos particulados so resultantes da introduo de componentes que
apresentam uma razo de aspecto (relao entre a maior e a menor dimenso do corpo L/D)
menor que 3 [24]. Esses componentes so denominados de cargas particuladas ou no
fibrosas, podendo estar na forma de partculas, escamas ou plaquetas. As cargas particuladas
podem ser definidas como materiais slidos, que so adicionados aos polmeros em
quantidades suficientes para reduzir custos e/ou alterar as suas propriedades fsicas e/ou
mecnicas [16]. Compsitos particulados so freqentemente encontrados em matriz metlica
e cermica, em que a introduo de partculas visa o aumento na dureza do material e da
tenacidade fratura, respectivamente. Entretanto, para matrizes polimricas, a introduo de
partculas, geralmente, no leva a um aumento substancial das propriedades do polmero. Este
fato ocorre devido ao fato das tenses no serem efetivamente transferidas da matriz para
partculas que so dotadas de pequena rea superficial. Alm disso, as partculas tambm
podem atuar como agentes nucleadores de trincas e assim contribuir para a reduo da
resistncia mecnica dos compsitos [16].
Alguns materiais polimricos com adio de enchimentos so, na realidade,
compsitos reforados com partculas. Os enchimentos modificam as propriedades do
material e/ou substituem parte do volume do polmero por um material mais barato.
As cargas tendem a aumentar a viscosidade da resina e geralmente so misturadas a
ela junto com corantes e pigmentos. Uma outra utilidade das cargas que, em quantidades
adequadas, podem reduzir os efeitos da contrao das resinas durante a cura [10].
Alm das cargas particuladas de reforo, existem aquelas usadas para modificar as
propriedades da matriz polimrica e/ou reduzir custos. As cargas de enchimento so muito
utilizadas para diminuir os custos dos produtos, uma vez que exercem pouca influncia nas
-
demais propriedades dos compsitos, podendo conferir, dependendo da natureza destas,
principalmente um aumento no mdulo do compsito [25].
As cargas inertes geralmente diminuem a resistncia ao impacto e muitas vezes
contribuem para uma maior propagao de trincas, diminuindo tambm a resistncia fadiga
[24]. Por outro lado, a presena de cargas pode melhorar algumas propriedades da matriz
polimrica como, por exemplo, estabilidade dimensional, menor retrao no resfriamento
durante o processamento e maior temperatura de distoro trmica. Em algumas situaes, as
cargas so usadas para aumentar a condutividade eltrica do material polimrico. Compsitos
polimricos condutores de eletricidade so utilizados em inmeras aplicaes tecnolgicas,
tais como: tintas condutoras, dispositivos eletrnicos, eliminao de carga eletrosttica em
microeletrnica, sensores de presso e blindagem eletromagntica [24].
Dentre as cargas no reforantes, as mais utilizadas so as de origem mineral, pois as
mesmas se incorporam resina, proporcionando compatibilidade entre as caractersticas
buscadas e o custo. As cargas minerais so usadas, principalmente, para substituir parte da
resina e do reforo e, assim, reduzir o custo do produto final. As principais cargas minerais
usadas para essa finalidade so a calcita (carbonato de clcio modo) e a areia. A calcita no
inerte e s deve ser usada em peas para ambientes secos. Outras cargas, como talco,
carbonato de clcio precipitado e argila so, tambm, usadas. Mas por terem granulometria
muito fina, aumentam muito a viscosidade da resina e so usadas em teores muito baixos,
reduzindo assim o interesse econmico [26].
2.4. Uso de Cargas em Compsitos
So muitos os estudos que envolvem materiais compsitos no que diz respeito
incorporao de cargas, propiciando a expanso de sua utilizao em vrios segmentos da
indstria, medicina e esportes. A seguir so apresentados alguns tipos de cargas aplicadas aos
materiais compsitos.
A preparao de compsitos de madeira com polmeros uma prtica comum,
particularmente quanto ao uso de resinas termofixas na produo de painis MDF (medium-
density fiberboard). A utilizao de fibra de madeira como carga em termoplsticos, tambm
j conhecida desde a dcada de 70 pela indstria automobilstica, que emprega compsitos
de polipropileno com fibra de madeira, conhecidos no mercado, como woodstock. Esses
compsitos so extrudados e laminados em chapas para revestimento interno de portas e
porta-malas de veculos em uso corrente. O principal benefcio da utilizao de fibras de
-
madeira em termoplsticos consiste no aumento da rigidez e da temperatura de uso desses
materiais embora este ganho seja alcanado a custo de redues drsticas na tenacidade [27].
Em estudos anteriores utilizou-se resduo de EVA (Etileno acetato de vinila)
oriundos da indstria caladista como agregado para concreto leve na construo civil [28]. A
partir deste estudo, desenvolveu - se um tipo de bloco que permite associar leveza funo de
vedao, com boas condies de fabricao e manuseio, conseguindo-se atingir o valor
mnimo de resistncia compresso para esta aplicao, que de 2,5 MPa. [29]. Em outro
estudo, resduos de EVA foram utilizados como reforo em composies elastomricas. Com
base nos ensaios de trao, chegou-se a concluso que os resduos de EVA atuam como carga
de enchimento na matriz e, sobretudo, sem grande prejuzo das propriedades mecnicas [30].
A utilizao de cargas minerais em compsitos na produo de materiais industriais
alternativos tambm vem sendo estudada, tendo como uma das principais vantagens, a
reduo do custo de fabricao. Em um estudo anterior, analisou-se a introduo de diatomita,
como carga, no processo de transformao do polietileno. Ensaios mecnicos, em temperatura
ambiente, mostraram que a adio em at 20% de diatomita no provocou reduo da
resistncia trao do material [31]. Outro estudo realizado com cargas minerais envolveu a
adio de areia em tubos de compsitos de fibra de vidro. O estudo revelou um aumento
significativo na rigidez do tubo, o que prova a eficcia da adio de areia como carga para
este tipo de aplicao [32].
Em uma outra linha de pesquisa, um estudo comparativo entre concretos polimricos
fabricados com areia pura e areia servida (rejeito de fundies) foi realizado, no sentido de
dar um destino til e ecologicamente correto para este rejeito [33]. Foi verificado que a
contaminao presente na areia servida contribui de forma discreta, mas positiva, na
resistncia flexo e na tenacidade da fratura. Em outro trabalho, a influncia do tipo de
resina e da adio de cinza volante nas propriedades do concreto polimrico foi considerada
[34]. Foram testadas resinas de polister ortoftlica e isoftlica com adio de cinza volante,
variando de 8 % a 20 %. Foi verificado que, tanto o tipo de resina, quanto o percentual de
cinza volante tm grande influncia no mdulo de elasticidade do compsito.
2.4.1. Diatomita
Existem relatos do emprego da diatomita desde o imprio Romano (532 d.C), quando
era utilizada na fabricao de tijolos para construo devido a sua leveza. Em 1860, com a
descoberta dos grandes depsitos de diatomita de Hanover, na Alemanha, deu-se incio a sua
-
utilizao em escala industrial na fabricao de papel absorvente de lquidos. Por volta de
1976, a diatomita comeou a ser empregada nos Estados Unidos como substituta da polpa de
papel, algodo e filtros de celulose e asbestos. No Brasil, os estudos das algas diatomceas
tiveram seu incio registrado em 1880, com uma classificao de algas de acordo com o
ambiente lacustre, tendo recebido a denominao de Actinella brasiliensis [35].
O material diatomceo formou-se em pocas recentes em terrenos de sedimentao,
principalmente, em zonas de formao lacustre e ocenica, dispostas em camadas delgadas ou
espessas entre as argilas [36]. A estrutura em carapaas das diatomitas resultado de um
processo denominado pseudomorfismo, no qual a matriz orgnica constituda pelas algas
diatomceas sofre um processo de substituio por slica, originando uma matriz mineral [37].
A fixao da slica pelas algas diatomceas est ligada histria geoqumica da decomposio
das argilas caulinticas por via biolgica, e presume-se que estas algas incorporam a slica das
argilas para constituir o seu material de estrutura, de modo que o silcio est presente na
ordem de 2 a 10% no semi-lquido de cada clula [36]. O crescimento e a reproduo destas
algas s se d em condies ambientais favorveis, ou seja, em meio no txico onde haja,
tambm, condies adequadas para a ocorrncia da fotossntese (bacias rasas), rico em
nutrientes e slica [38].
A diatomita classificada como um mineral industrial no-metlico. Devido a sua
morfologia e a no reatividade com a maioria dos cidos e bases, a diatomita pode ser
aplicada em produtos e processos, como matria-prima, insumo, aditivo, carga, abrasivo,
isolante e auxiliar de filtrao, sendo que esta ltima representa, em geral, 53% das aplicaes
[39]. Como auxiliar de filtrao, seus usos mais comuns so: filtrao de gua, vinhos, sucos
de frutas, cervejas, leos, corantes, etc. A diatomita pode ainda ser til em diversos segmentos
industriais, tais como: indstria cermica, agricultura e alimentao [40, 41].
A diatomita um material pulverulento, leve e de estrutura alveolar, apresentando no
estado bruto, cores que, dependendo do teor de matria orgnica e xido de ferro existentes,
variam de branco ao cinza e sua aspereza ao tato assemelha-se ao giz. As frstulas das
diatomceas tm dimenses que variam de 4 a 500 m e so formadas basicamente de slica
amorfa hidratada ou opalina (que possui resistncia elevada, sendo as partculas rgidas e
abrasivas) e impurezas como argilominerais, quartzo, xido de ferro, alumnio, sdio,
potssio, clcio, magnsio, titnio, matria orgnica, etc. [38, 42].
As propriedades fsico-qumicas esto relacionadas de forma intrnseca com a
morfologia das carapaas, textura, empacotamento, natureza da superfcie de slica e
impurezas slidas [39, 40, 43], apresentando as seguintes caractersticas fsicas e qumicas
-
[37, 40]: dureza (escala Mohr): 1,0 a 1,50 em funo da porosidade das partculas
microscpicas; peso especfico: 1,90 a 2,35 g/cm3, quando calcinada oscila de 0,20 a 0,50
g/cm3; massa especfica relativa: 2,10 a 2,30 g/cm3; densidade aparente: 0,12 a 0,5 g/cm3
quando calcinada; sistema cristalino: amorfo; ponto de fuso: 1400C a 1650C; trao: opaco
ou terroso; clivagem: ausente; fratura: irregular; tenacidade: quebradia; solubilidade:
insolvel em cidos, com exceo do hidrofluordrico (HF); ndice de refrao: 1,42 a 1,48 %;
condutividade trmica: baixa em virtude da baixa porosidade de 0,49 a 0,77Kcal/h.cm. C;
massa especfica real: 2,1 a 2,3 g/cm3; porosidade: 80 a 90%, quando o material compactado
sem compresso.
Quimicamente, a diatomita apresenta alto teor de slica e baixos teores de Al2O3,
CaO, MgO e demais impurezas que, dependendo do tipo de aplicao, tm ou no que serem
removidas total ou parcialmente de sua composio [44].
Muitos dos estudos com diatomitas no Brasil, envolvem pesquisas fsicas, qumicas,
localizao de jazidas, extrao, beneficiamento, comercializao e aplicaes [37, 45, 46].
H, entretanto, estudos mais antigos envolvendo microscopia ptica de diatomitas. Estudos
atuais de microscopia eletrnica de varredura, descrevendo a morfologia de carapaas de
diatomceas brasileiras tm sido realizados [42, 47]. A caracterizao de diatomceas por
microscopia eletrnica de transmisso, para fins tecnolgicos, tambm tem sido realizada [36,
48].
Ensaios fsicos e qumicos tais como: anlise qumica, difrao de raios-x, alvura,
teor de slica da diatomcea, anlise trmica diferencial, microscopias ptica e eletrnica
foram realizados para diatomitas de diferentes estados brasileiros, tendo concludo a
existncia de impurezas de argilominerais do grupo de caulinita [38].
As diatomceas fsseis so classificadas com base na sua morfologia e desenho dos
orifcios classificados como primrios, secundrios e tercirios. Assim, a diatomita em p
um sistema slido poroso com rea especfica de 1 a 4 cm2/g, mesmo que as carapaas no
apresentem dimenses coloidais [38]. A caracterstica que controla de uma forma geral as
propriedades fsicas e, conseqentemente, a maioria das aplicaes industriais das diatomitas
so as configuraes estruturais, sendo estas uma caracterstica do gnero das diatomceas
[40].
As presenas de slica, argila e matria orgnica representam o critrio bsico para a
classificao da qualidade dos depsitos de diatomitas, em classes A, B e C [49]. A classe A
apresenta teores de slica, argila e matria orgnica, respectivamente, maior que 60%, menor
ou igual a 25% e menor ou igual a 15%; a classe B, slica de 51 a 60%, argila de 26 a 35% e
-
matria orgnica de 16 a 35%; a classe C tem teor de slica menor que 50%, argila maior que
35% e matria orgnica maior que 30%. A classe C anti-econmica em seu aproveitamento,
sendo geralmente utilizada para a construo civil; A classe B pode ser economicamente
aproveitvel e a classe A considerada uma jazida de primeira qualidade.
A produo mundial estimada de diatomita foi de 1.960 mil toneladas em 2004 [50].
Os Estados Unidos lideram o mercado produtor e consumidor mundial de diatomita, com uma
produo estimada em torno de 635 mil toneladas/ano ou 32,4% da produo mundial. Em
termos de reservas, os recursos existentes de minrios de diatomita so suficientes para suprir
o mercado mundial em uma necessidade futura. Os Estados Unidos e a China so
considerados os maiores detentores de recursos de diatomita. Suas reservas somam juntas
cerca de 910 milhes de toneladas. No Brasil, em se tratando de reservas oficiais (medidas +
indicadas), inclusive reavaliadas, estima-se que as mesmas sejam da ordem de 2,6 milhes de
toneladas [51]. As reservas brasileiras esto assim distribudas: Bahia, 1.171 mil toneladas
(44%), nos municpios de Ibicoara, Medeiros Neto, Mucug e Vitria da Conquista; Rio
Grande do Norte, 994 mil toneladas (37,4%), nos municpios de Cear-Mirim, Extremoz,
Macaba, Maxaranguape, Rio do Fogo, Nsia Floresta e Touros; Cear, 439 mil toneladas
(16,5%), nos municpios de Aquiraz, Aracati, Camocim, Horizonte, Itapipoca e Maranguape;
Rio de Janeiro, 38 mil toneladas (1,4%), no municpio de Campos dos Goitacazes; So Paulo,
19 mil toneladas (0,7%), no municpio de Porto Ferreira [48].
Na Figura 2.3 so mostradas algumas carapaas de diatomita, com imagens obtidas
atravs de um microscpio eletrnico de varredura MEV. As carapaas possuem formato
cilndrico e navicular (que denominada desta maneira por se assemelhar a um navio) alm
de apresentar poros circulares e elpticos, tpicos da famlia das Naviculaceae.
-
Figura 2.3 Detalhe da diatomita de formato cilndrico e navicular [51].
2.5. Resduos Slidos Industriais
O termo resduos slidos usado para designar os resduos nos estado slido e semi-
slido, que resultam de atividades da comunidade de origem: industrial, domstica, hospitalar,
comercial, agrcola, de servios e de varrio. Ficam includos nesta definio os lodos
provenientes de sistemas de tratamento de gua, aqueles gerados em equipamentos e
instalaes de controle de poluio [52], bem como determinados lquidos cujas
particularidades tornem invivel o seu lanamento na rede pblica de esgotos ou corpos de
gua, ou exijam para isso solues tcnicas e economicamente viveis em face melhor
tecnologia disponvel [53].
Considerando os riscos potenciais ao meio ambiente e a sade pblica, os resduos
slidos classificam-se em [53]:
Classe I - Perigosos: so os que apresentam riscos ao meio ambiente e exigem
tratamento e disposio especiais, ou que apresentam riscos sade pblica;
Classe II - No-Inertes: so basicamente os resduos com as caractersticas do lixo
domstico;
Classe III - Inertes: so os resduos que no se degradam ou no se decompem
quando dispostos no solo, como restos de construo, entulhos de demolio,
pedras e areias retirados de escavaes.
Na Tabela 2.1 tem-se a definio para os diversos tipos de resduos slidos.
Formato navicular
Formato cilndrico
-
Tabela 2.1 Classificao de resduos slidos [54]
Tipos de resduo slidos Definio
Residencial Lixo domiciliar, constitudo de restos de alimentao, invlucros diversos, varredura, folhagem, ciscos e outros.
Comercial Proveniente de diversos estabelecimentos comerciais, como escritrios, lojas, hotis, restaurantes, supermercados e outros. constitudo principalmente de papel, papelo e plstico, caixa, etc.
Industrial Resultante de diferentes reas da indstria e, portanto, de constituio muito variada.
Servio de sade Constitudo de resduos das mais diferentes reas do estabelecimento: refeitrio e cozinha, rea de patognicos, administrao, limpeza e outros.
Especial Constitudo por resduos e materiais produzidos esporadicamente como: folhagens de limpeza de jardins, restos de poda, animais mortos, entulhos, etc.
Feira, varrio e outros
Proveniente da varrio regular das ruas, conservao da limpeza de ncleos comerciais, limpeza de feiras, constituindo-se de papis, cigarros, invlucros, restos de capinao, areia, ciscos e folhas.
O lixo gerado pelas atividades agrcolas e industriais tecnicamente conhecido como
resduo. Os geradores so obrigados a cuidar do gerenciamento, transporte, tratamento e
destinao final de seus resduos, sendo essa responsabilidade por tempo indeterminado. O
lixo domstico apenas uma pequena parte de todo o lixo produzido. A indstria
responsvel por grande quantidade de resduo como sobras de carvo mineral, refugos da
indstria metalrgica, resduo qumico, gs e fumaa lanados pelas chamins das fbricas. O
resduo industrial um dos maiores responsveis pelas agresses ao ambiente. Nele esto
includos produtos qumicos (cianureto, pesticidas, solventes), metais (mercrio, cdmio,
chumbo) e solventes qumicos que ameaam os ciclos naturais onde so despejados. Os
resduos slidos so amontoados e enterrados; os lquidos so despejados em rios e mares; os
gases so lanados no ar. Assim, a sade do ambiente, e conseqentemente dos seres que nele
vivem, torna-se ameaada, podendo levar a grandes tragdias [55].
Nos ltimos anos, a gerao de resduos pelas indstrias tornou-se um problema de
ordem mundial. Quando no tratados, adequadamente, os resduos slidos industriais
constituem uma ameaa permanente sade pblica e ao meio ambiente. Para as indstrias,
um dos desafios a ser enfrentado o de compatibilizar o desenvolvimento tecnolgico,
industrial e comercial com o equilbrio ambiental e a preservao dos recursos naturais [56].
O efeito das atividades humanas sobre o meio ambiente aumentou, significativamente, a partir
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do incio da revoluo industrial, no final do sculo XVIII. Desde este perodo at os dias
atuais, o impacto das atividades industriais, dos grandes aglomerados urbanos e da expanso
da agricultura sobre a biosfera s vem aumentando [57].
Um dos problemas que afetam a qualidade de vida da populao o gerenciamento
inadequado dos diversos tipos de resduos slidos. Um grande nmero de localidades urbanas
e rurais, em todo mundo, vem sofrendo transformaes ambientais danosas decorrentes dos
crescimentos populacionais, industriais e da oferta de bens de consumo descartveis, gerando
o lixo e resduos industriais diversos, que necessitam cada vez mais de vazadouros e/ou
aterros sanitrios para sua disposio, muitas das vezes inadequados a esse fim. Sem a infra-
estrutura necessria para oferecer a destinao adequada aos resduos slidos, muitas dessas
reas tornam-se, freqentemente, solues improvisadas ou emergenciais, que acabam por se
transformarem em definitivas, gerando uma srie de transtornos que, por vezes, se refletem
em problemas graves de sade pblica.
A deposio a cu aberto em lixes, ou at mesmo em aterros sanitrios no
constituem a soluo mais adequada para a problemtica da destinao desses resduos. A
disposio dos resduos, mesmo que em locais apropriados projetados e monitorados, no
uma soluo eficaz, pois representa uma disposio vigiada de um problema no solucionado
[57]. Alm disso, a capacidade dos lixes e aterros est prxima da saturao (particularmente
nos grandes centros urbanos), e h dificuldade para encontrar novas reas para a disposio
dos resduos. Por temor do desconhecido e, tambm, por motivos estticos e comerciais, as
comunidades passaram a rejeitar e at impedir a instalao, em suas cercanias, de aterros,
incineradores e depsitos, mesmo que temporrios, para resduos de qualquer espcie [57].
Para as empresas geradoras dos resduos, esta alternativa apresenta tambm
desvantagens, pois, de acordo com a legislao ambiental, elas so responsveis pelos
mesmos indefinidamente, mesmo que o resduo seja transferido de local, mudado de mos ou
de depositrio, ou mudado de forma, mantendo suas caractersticas nocivas.
Por esses motivos, entre outros, que a destinao final dos resduos industriais,
lquidos e slidos, motivo de crescente preocupao das empresas e dos rgos ambientais
que, atravs de rigorosa fiscalizao, tm obrigado as empresas a cuidados minuciosos com
seus resduos, durante todo o processo, desde sua correta classificao, tratamento, coleta,
transporte, at a sua destinao final.
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2.5.1. Reciclagem de Resduos Slidos
Durante muitos anos a preocupao das indstrias foi apenas de produzir, sem
preocupar-se com as conseqncias que isto geraria ao meio ambiente. Hoje algumas
empresas j esto cientes das limitaes dos recursos naturais, procurando aproveitar melhor
seus recursos aplicando eficientes processos na reduo dos resduos e dejetos industriais.
Existem trs iniciativas bsicas e importantes para a reduo da gerao do resduo,
que so [58]:
A reduo do resduo na sua origem, diminuindo a quantidade de resduo gerado;
A reutilizao do resduo no processo produtivo, podendo esse ser aproveitado na
composio original ou em uma de suas etapas, sem necessidade de uma
transformao;
A reciclagem do resduo, ou seja, a transformao ou o seu reaproveitamento
como matria-prima, em novos produtos, aps algumas modificaes fsicas,
qumicas ou biolgicas.
Em 2005, o Brasil produziu algo em torno de 230 mil toneladas de lixo por dia [59] e
dele apenas 1% encaminhado para tratamento [60]. Atualmente, nos pases considerados
desenvolvidos, a reciclagem encontra-se presente em quase todos os processos produtivos que
podem agredir o meio-ambiente, e, por essa razo, os rgos governamentais, junto com as
Organizaes no Governamentais (ONGs) tm se empenhado bastante nesta fiscalizao.
Dessa forma, o esforo para a eliminao dos resduos industriais tem feito crescer bastante
uma nova indstria, que a indstria da reciclagem.
Os pases mais industrializados so os que mais produzem resduos slidos, mas
tambm so os que mais reciclam. Como exemplo, cita-se o Japo, que reutiliza 50% do
resduo slido produzido. L h um maior engajamento da populao nas questes da
preservao ambiental e, por isso, utilizam-se vrios tipos de reciclagem, at mesmo o
reaproveitamento das guas do chuveiro para uso no vaso sanitrio. A Europa Ocidental
recupera 30% de seu resduo slido, e os Estados Unidos reciclam 11%. importante
salientar que a produo de lixo per capta nesses pases o dobro dos restantes, ou seja, uma
mdia de aproximadamente 1,5 kg por dia, o que corresponde, ao final do ano, a um total de
10 bilhes de toneladas [59].
A reciclagem, alm de reduzir o volume dos resduos urbanos a serem dispostos ou
tratados, permite a recuperao de valores intrnsecos contidos nesses resduos [57]. A
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reciclagem um mtodo potencial de gerao de renda, pois oferece ganhos econmicos.
Alguns fatores estimulam a reciclagem, como [61]:
A necessidade de se poupar e preservar os recursos naturais;
A reduo do volume de resduos a ser transportado e tratado e de disposio;
A reduo da carga poluente enviada ao meio ambiente;
O aumento da vida til dos locais de disposio de resduos, tanto os aterros
sanitrios como os aterros industriais;
A reduo do custo de gerenciamento dos resduos, reduzindo-se desta forma os
investimentos nas instalaes de tratamento e disposio;
A reduo final da poluio e/ou contaminao ambiental e dos problemas de
sade pblica e social decorrentes dos aterros;
A criao de empregos com a implantao de novas atividades, oferecendo
melhores condies de trabalho;
Uma maior competitividade e produtividade, nos casos das empresas criadas;
A possibilidade de participao da populao no processo de separao,
contribuindo para a educao ambiental nas famlias.
A valorizao do produto reciclado, como uma opo ao tradicional, exige que o
produto resultante possua algumas caractersticas que demonstrem ao consumidor certas
vantagens, como qualidade, esttica, custo e/ou produtividade. Mas, o mais importante
mostrar ao consumidor que, com a utilizao do produto reciclado, ele estar contribuindo,
diretamente, para uma melhoria na qualidade de vida atual e futura, reduzindo-se, dessa
forma, os nveis de impactos ambientais. Assim sendo, o estudo de viabilidade tcnica,
econmica e ambiental de extrema importncia antes do lanamento do produto no
mercado. Cumprir as exigncias das normas tcnicas de trabalhabilidade, segurana e
durabilidade atravs da pesquisa laboratorial, faz-se necessrio para que os novos produtos
no sejam geradores de resduo com potencial superior ao produto original.
2.5.2. Resduo Slido de Polister
Uma atividade industrial que gera uma grande quantidade de resduo slido de
polister a fabricao de botes. O processo de fabricao de botes plsticos se d,
inicialmente, por centrifugao para moldagem de uma placa polimrica, que depois cortada
na forma de discos que so posteriormente usinados. No processo de centrifugao, o mandril
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preparado para ser moldado por dentro. A resina e demais componentes so introduzidos por
um tubo no interior do mandril por um dos plos do conjunto. A fora centrfuga comprime o
material contra a parede durante o processo de cura. A cura pode ser acelerada, atravs da
circulao de ar quente pelo interior do mandril [62]. O material ento retirado do mandril,
na forma de placas, antes da cura final para, em seguida, serem cortadas e usinadas. Durante a
usinagem, so gerados resduos na forma de partculas e em forma de p.
2.5.3. Resduo Slido de EVA (Etileno Acetato de Vinila)
O EVA, Etileno Acetato de Vinila um polmero microporoso; sua molcula possui
alto peso molecular e obtida pelo encadeamento sucessivo de pequenas unidades repetitivas
de baixo peso molecular, constitudo de poliacetato de etileno vinil ou copolmero de etileno-
acetato de vinila [63].
No processo supracitado, o percentual de acetato de vinila define as caractersticas do
composto final de EVA. Para uma maior quantidade de acetato de vinila, suas propriedades se
assemelham s da borracha ou PVC (policloreto de vinila) plastificado. Reduzindo-se esta
quantidade, o EVA assume caractersticas similares s do polietileno de baixa densidade [64].
Os copolmeros de EVA podem ser sintetizados em diversas porcentagens de acetato de vinila
e divididos em EVA de baixa concentrao (at 20% de EVA) e EVA de alta concentrao
(20% at 50%) em massa. No Brasil, as resinas utilizadas na produo de placas para solados
de calados apresentam acetato de vinila em uma quantidade entre 19% e 28%.
O composto de EVA constitudo pelos seguintes elementos: resina de EVA, agente
de expanso, agente reticulante, cargas, ativadores e auxiliares de processo, alm de outros
polmeros como a borracha [28].
As principais caractersticas do EVA so [65]:
Excelente flexibilidade e tenacidade, mesmo em baixas temperaturas;
Elasticidade similar da borracha;
Resistncia fratura sob tenses ambientais Stress Cracking;
Excelente transparncia;
Atxico;
Facilmente moldado por extruso, injeo e na produo de placas e filmes;
Baixo preo;
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Trata-se de um material termofixo, ou seja, ao ser aquecido com determinada
temperatura, modifica permanentemente sua estrutura molecular, sofrendo, neste
processo, uma reao qumica irreversvel.
A principal aplicao do EVA na produo de chapas reticuladas e expandidas
utilizadas na produo de solados, entresolas e palmilhas na indstria caladista, a qual
responsvel por cerca de 69% do mercado de EVA [64].
Alm do uso na indstria de calados, o EVA tambm aplicado em vrios outros
ramos industriais, graas a diversificao na processabilidade do produto. As principais
aplicaes desse material so [28]:
Embalagens alimentos lquidos e congelados, revestimentos de papel, tubos
compressveis, etc;
Vesturio aventais, revestimentos de fraldas, etc;
Medicina luvas cirrgicas, dosadores, etc;
Comunicao e eletricidade fios flexveis e revestimentos de cabos;
Agricultura secadores, coberturas de estufas e mangueiras;
Asfalto para alterar as propriedades dos ligantes e betuminosos;
Construo civil painis para forro de teto e pisos industriais;
Diversos brinquedos flexveis, flores artificiais, artigos esportivos, etc.
A adoo de novos materiais e modernos processos de fabricao de calados
aumentou, significativamente, tanto a produo como a produtividade do setor. Porm, fez
surgir na mesma escala os resduos industriais, inaproveitveis economicamente, degradveis
apenas aps um longo perodo de tempo. Dentre os resduos gerados no setor, destacam-se os
retalhos e aparas do copolmero de etileno-acetato de vinila (EVA).
Durante a fabricao do calado, geram-se resduos na forma de retalhos das placas
expandidas para obteno dos formatos pretendidos. So gerados, ainda, resduos de possveis
refugos de solado, entressola ou palmilha dos calados e resduos em forma de p, oriundo do
lixamento do calado na fase de acabamento [28]. Esses ltimos so os mais facilmente
reutilizados pelas indstrias, podendo servir como cargas de volta ao processo de fabricao
das placas [28]. Na Figura 2.4 pode-se visualizar resduos da indstria de calados
provenientes do corte de chapas de EVA expandido, em forma de aparas de sandlias.
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Figura 2.4. Resduo proveniente do corte de chapas de EVA expandido [66].
A quantidade de resduo de EVA est em torno de 12% a 20% do consumo de EVA
das fbricas, dependendo do processo empregado no corte dos solados [28]. O destino final
destes materiais um problema para as empresas fabricantes. Sua reciclagem no realizada
por se tratar de um material j reticulado. Normalmente, a nica alternativa a incorporao
dos resduos como carga inerte no processo produtivo, com perda de propriedades no produto
final [67]. O processo de reutilizao desses resduos, na prpria indstria, lento e possui
limitaes tcnicas, quanto quantidade de resduos que se pode incorporar ao processo, sem
comprometer a qualidade do produto. O volume de resduo reaproveitado na prpria indstria
bem menor (no mais que 40%) do volume por ela gerado [29]. Algumas empresas estocam
seus resduos em galpes, porm quando o volume de resduo ultrapassa a capacidade de
armazenamento so tambm colocados nos ptios, que tambm tm rea limitada.
A busca de solues ecolgicas e econmicas para a destinao final dos resduos de
EVA tem sido constante nos meios empresariais, entidades ambientalistas e vrios outros
segmentos sociais. A deposio a cu aberto ou em aterros sanitrios no constitui uma
soluo definitiva para resduos sintticos, uma vez que a taxa de degradao e a densidade do
material so muito baixas. Por razes ambientais a incinerao tambm no recomendada
[68].
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3. Procedimento Experimental
Neste captulo ser apresentado o processo de confeco dos compsitos e os
materiais aplicados. Sero descritos os materiais utilizados como carga, com os respectivos
percentuais, as tcnicas utilizadas para a sua caracterizao, bem como os procedimentos de
cada ensaio.
3.1. Materiais Utilizados
Os compsitos foram confeccionados em um molde de vidro de forma a garantir
placas com superfcies planas, com bom acabamento superficial. Utilizou-se como matriz a
resina polister insaturada ortoftlica pr-acelerada e catalisada com 1% de MEKP (perxido
de metil etil cetona). O desmoldante usado na produo das placas foi a cera de carnaba.
Como fase dispersa para a confeco dos compsitos foram utilizados resduos industriais de
polister, e EVA (etileno acetato de vinila), alm de cargas de areia e diatomita, para fins de
comparao de propriedades.
3.1.1. Resduo de Polister
O resduo de polister, utilizado como carga, foi oriundo do processo de fabricao
de botes, coletados em uma indstria de botes local, onde so descartados em mdia 10 a
15 toneladas/ms. Esta quantidade de resduo representa de 45 a 50 % da matria-prima
utilizada [69]. Antes de ser utilizado como carga, o resduo foi triturado em um moinho de
martelo para reduzir o tamanho das partculas. Em seguida, o resduo foi peneirado e separado
por granulometria. Foram utilizadas trs granulometrias diferentes na confeco das placas,
no intuito de estudar o efeito do tamanho de partcula nas propriedades de rigidez e resistncia
do compsito. As granulometrias utilizadas na confeco das placas foram as das peneiras de
48, 28 e 14 mesh. Optou-se por utilizar estas granulometrias por estarem dentro da faixa
granulomtrica do resduo de EVA e da areia. A fragmentao do resduo foi realizada no
Laboratrio de Tratamento de Minrios do CEFET-RN. O resduo de polister, oriundo do
processo de fabricao de botes antes de ser triturado, e o moinho utilizado na fragmentao
do resduo so ilustrados nas Figuras 3.1(a) e 3.1(b), respectivamente.
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(a)
(b)
Figura 3.1 - (a) Resduo da indstria botes em forma de gros e (b) Moinho de martelo.
3.1.2. Resduo de EVA
O resduo de EVA, utilizado neste trabalho, foi coletado em uma indstria de
calados local, proveniente do processo de raspagem do solado, para melhor ancoragem do
adesivo. O resduo foi fornecido em forma de p. Um peneiramento foi realizado para a
retirada de aparas (sobras), sendo utilizadas apenas as partculas que passaram na peneira de
28 mesh. Constatou-se que as partculas retidas nessa peneira representavam
aproximadamente 1% da amostra total coletada. O resduo de EVA em forma de p utilizado
como carga ilustrado na Figura 3.2.
Figura 3.2 - Resduo de EVA em forma de p.
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3.1.3. Areia
A areia empregada como carga foi fornecida por uma empresa local fabricante de
produtos em plstico reforado com fibras de vidro (PRFV). Na fabricao de tubulaes para
adutoras, a empresa acrescenta na parte estrutural do tubo, carga de areia (Figura 3.3), com o
objetivo de reduzir custos e atender as exigncias de rigidez para a utilizao desses tubos em
aplicaes de saneamento bsico e para adutoras de gua potvel. Na confeco dos
compsitos foi utilizada areia quartzosa com tamanho mximo de partcula de 0,6 mm.
Figura 3.3. Adio de areia em tubulaes durante o processo de fabricao [70].
3.1.4. Diatomita
A diatomita usada neste trabalho proveniente da regio de Cear - Mirim no Estado
do Rio Grande do Norte, apresenta cor branca e encontrava-se na forma de p, como mostra a
Figura 3.4.
Figura 3.4. Diatomita em forma de p.
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3.2. Definio das Fraes de Cargas
Inicialmente, fez-se a mistura da resina com as cargas (resduo de polister, resduo
de EVA, areia e diatomita), individualmente, buscando-se o maior percentual a ser adicionado
resina para cada tipo de carga, visando principalmente a reduo nos custos em compsitos.
As cargas foram adicionadas aos poucos, pesando-se as quantidades antes da mistura com a
resina, at uma quantidade que no comprometesse o escoamento da mistura no molde. Desta
forma, fraes de massa de resduos de polister (para as trs granulometrias), resduo de
EVA, areia e de diatomita utilizadas na confeco das placas foram determinadas (Tabela
3.1).
Tabela 3.1 - Fraes em massa das cargas utilizadas.
Carga %
Polister 40
EVA 7,5; 10 e 12,5
Areia 75
Diatomita 20 e 40
Areia + Diatomita (A) 70 + (D) 5
3.3. Confeco das Placas de Compsitos
Placas de compsitos para a preparao dos corpos-de-prova foram, inicialmente,
confeccionadas utilizando-se um molde de vidro composto de base e tampa com dimenses de
430 x 430 x 7 mm. Antes da preparao da mistura (resina + carga), aplicou-se um
desmoldante a base de cera de carnaba na superfcie do molde para facilitar a remoo das
placas aps a cura. Em um recipiente plstico de dois litros foi realizada a mistura, sendo logo
em seguida colocada no molde de vidro, observando-se o escoamento do material at que toda
a cavidade do molde fosse preenchida. O volume de material calculado foi o necessrio para
confeccionar uma placa nas dimenses de 270 x 270 x 7 mm. Aps o preenchimento do
molde com a mistura, utilizou-se o contra molde (tampa) para pressionar (manualmente) a
mistura contra a base, no intuito de reduzir a quantidade de bolhas de ar e obter uma
superfcie plana com bom acabamento superficial em ambas as faces. Aps um tempo de
aproximadamente 20 minutos, o molde foi aberto e as placas foram desmoldadas. O desenho
esquemtico do molde utilizado na confeco das placas apresentado na Figura 3.5.
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Figura 3.5 Desenho esquemtico do molde utilizado na confeco das placas.
Com o procedimento descrito, observou-se a presena de muitas bolhas no
compsito aps a cura, o que comprometeria as propriedades mecnicas dos compsitos.
Diante deste problema, foi desenvolvido um sistema de vcuo para o molde, no intuito de
diminuir a presena de bolhas de ar no compsito. O contra molde foi ento substitudo por
uma placa de poliamida, utilizada para fechar o molde, onde foi executada uma malha de
furos na regio central, com 2 mm de dimetro e 12 mm de distncia entre centros, formando
uma rea quadrada de 270 x 270 mm. Os furos foram executados para permitir a aplicao de
vcuo em toda a rea coberta pela mistura (resina + carga), para a retirada de bolhas de ar do
material antes da cura.
Aps o fecha