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ANÁLISE DA VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO

DIAMETRAL DO COMPÓSITO A BASE DE BAQUELITE

REFORÇADO COM FIBRA DE COCO Ricardo Alan da Silva Vieira1, Manoel Quirino da Silva Junior2

1 Graduando do curso Bacharelado em Ciência e Tecnologia, UFERSA, Mossoró – Rio Grande do Norte. E-

mail: [email protected] 2 Professor Doutor, RN – UFERSA, Mossoró – Rio Grande do Norte. E-mail: [email protected]

Resumo: Os materiais compósitos vem se destacando na indústria devido a sua vasta aplicabilidade e sua

capacidade substitucional, onde é levado em consideração além das propriedades mecânicas, fatores como o

impacto que esses materiais podem causar no meio ambiente a longo prazo. Pensando nisso, surgiu-se a ideia

da inserção de produtos que causem baixo impacto ambiental e que tenha grande abundância na natureza. Este

trabalho apresenta um estudo sobre as propriedades mecânicas de um compósito, onde na fase matriz temos o

baquelite, uma resina fenol-formaldeído e como reforço temos a adição da fibra de coco. Os corpos de prova

foram produzidos com o uso de uma embutidora metalográfica e uma balança analítica para as pesagens dos

materiais utilizados, analisando-se posteriormente a tensão, deformação e massa específica desses materiais.

Verificou-se após a obtenção dos resultados do ensaio de compressão diametral, que ao fazer-se um

comparativo entre o corpo de prova composto apenas por baquelite, com o corpo de prova composto por

baquelite e fibra de coco, não houve variação considerável nas propriedades mecânicas do compósito, porém,

pôde-se notar uma redução na massa específica, onde pode ser obtido peças ou produtos com o mesmo volume

e massa reduzida, mantendo as suas propriedades mecânicas e aplicando em situações que se deseja a redução

de massa.

Palavras-chave: baquelite; fibra de coco; compósitos

1. INTRODUÇÃO

A busca por materiais classificados como biodegradáveis vem ganhado muita importância nos últimos tempos,

visto o aumento da consciência da população mundial para a conservação do meio ambiente. O uso de matérias

primas de fontes renováveis vem sendo objeto de diversos estudos e pesquisas, devido ao seu potencial na

substituição de derivados petroquímicos [1].

As fibras naturais vem se destacando sendo utilizadas como reforço em polímeros e substituindo parcialmente

as fibras sintéticas como amianto, kevlar, boro, carbono, nylon e vidro que, apesar de possuírem boas

características mecânicas, apresentam um custo elevado, são abrasivas aos equipamentos de processamento,

possuem alta densidade, não são biodegradáveis, geram produtos com um custo muito alto de reciclagem, além de

algumas dessas fibras comprometerem a saúde humana [1].

Neste contexto, a busca por materiais alternativos com alto desempenho técnico, social, ambiental e econômico

é cada vez mais necessária e a pesquisa com fibras naturais torna-se frequente. A utilização de materiais

lignocelulósicos (fibras vegetais como o sisal, coco, juta, banana e carauá), vem sendo usado como reforço em

compósitos de matriz polimérica. Além disso, as fibras vegetais são fontes renováveis biodegradáveis, não

abrasivas, possuem baixa densidade o que pode proporcionar uma redução de massa e são amplamente disponíveis

em todo território nacional [2].

Os compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais são aplicados na construção civil, em embalagens e

principalmente na indústria automobilística. Para as montadoras de automóveis, o uso de fibras naturais significa

custos menores na transformação dos materiais e carros menos pesados, que aumentam a economia de

combustível, contribuindo também para menor impacto ambiental [1].

Dessa forma, o presente trabalho pretende analisar a variação da resistência mecânica por compressão diametral

do compósito a base de baquelite reforçada com fibra de coco.

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMIÁRIDO - UFERSA CURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA Trabalho de Conclusão de Curso (2019).

mailto:[email protected]

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2. DESENVOLVIMENTO

2.1. Fundamentação teórica

A utilização de materiais alternativos na indústria vem crescendo com o passar dos anos, o surgimento dos

compósitos como uma classe de materiais distintos deu-se na metade do século XX. Inicialmente eram utilizados

em aplicações eléctricas como dielétricos e cúpulas de radar pelas suas propriedades eletromagnéticas. A partir da

década de 60, os materiais compósitos de alto desempenho foram introduzidos de maneira definitiva na indústria

aeroespacial, como o objetivo de melhorar o desempenho de veículos espaciais e aviões militares [4-7].

Os compósitos podem ser considerados como qualquer material multifásico que exibe uma proporção

significativa das propriedades de ambas as fases contínuas, onde pode ser obtido a melhor combinação das

propriedades. Muitos desses materiais compósitos são constituídos por duas fases, uma é denominada matriz ou

fase dispersa e outra fase denominada reforço, onde nesse conjunto busca-se a obtenção de melhores propriedades

mecânicas [4].

Pode-se encontrar os compósitos em diferentes formas, como as ligas metálicas, as cerâmicas e os polímeros

multifásicos. Dentro das classificações dos polímeros temos o Poli(fenol-formaldeído), polímero de cadeia

carbônica, classifica-se também as resinas de fenol-formaldeído, sendo obtidas a partir da policondensação de

fenol formaldeído gerando as resinas baquelite. O baquelite é considerado um termofixo com um peso especifico

de 1390 kg/m3, plástico que ao ser aquecido muda seu estado físico, se tornando um material maleável, onde

posteriormente sofrerá um processo de cura no qual se tem uma transformação química irreversível, com a

formação de ligações cruzadas, tornando-se rígido [3-5].

Com o avanço tecnológico os requisitos exigidos aos materiais comuns mudaram, o que levou ao aparecimento

de compósitos capazes de corresponder às novas necessidades. Os compósitos são subdivididos em compósitos

reforçados com partículas, compósitos reforçados com fibra e compósito estrutural, os compósitos reforçados com

fibras com resistências e módulos específicos consideravelmente elevados têm sido produzido empregando

materiais de baixo peso específico tanto para a fibra quanto para matriz, onde são subclassificados em contínuas e

descontínuas, de acordo com o comprimento da fibra, como observado na Figura 1 [4,6].

Figura 1. Classificação dos compósitos [4].

As fibras contínuas são geralmente alinhadas (Figura 2a), enquanto as fibras descontínuas podem ser alinhadas

(Figura 2b) ou orientadas de forma aleatória (Figura 2c). As características mecânicas de um compósito reforçado

com fibra não depende apenas das propriedades da fibra, mas também do grau segundo o qual uma carga aplicada

é transmitida para as fibras pela fase matriz, assim como melhores propriedades mecânicas estão relacionadas a

distribuição da fibra, onde quanto mais uniforme for essa distribuição, melhor as propriedades do compósito [4].

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Figura 2. Representação dos compósitos reforçados com fibras (a) contínuas e alinhadas, (b) descontínuas e

alinhadas e (c) descontínuas e orientadas aleatoriamente [4].

As fibras de reforço podem ser introduzidas na matriz com diversas orientações. Normalmente, quando a

orientação da fibra é aleatória, são usadas fibras curtas e descontínuas. As fibras curtas e orientadas aleatoriamente,

são facilmente introduzidas na matriz e resultam em comportamento relativamente isotrópico no compósito [8].

A porcentagem de fibra adicionada em um compósito afeta tanto no seu custo quanto no seu desempenho. As

fibras são responsáveis por suportar a carga aplicada ao compósito, porém quando a fração da fibra excede cerca

de 80 % da composição, não existe material da matriz suficiente para unir as fibras, inviabilizando assim as

propriedades mecânicas do material [9]

A crescente preocupação com o ambiente e com a redução de custos fabril em conjunto com a introdução das

fibras naturais na tecnologia dos compósitos reforçados deu origem a um novo desenvolvimento no uso destes

materiais. O estudo sistemático de fibras com finalidade de reforço de matrizes começou na Inglaterra em 1970.

No Brasil, o trabalho pioneiro coube ao Centro de Pesquisa e Desenvolvimento(CEPED), Camaçari, Bahia, que

iniciou seus estudos em 1980 [6,11].

O emprego das fibras vegetais em substituição das fibras sintética se destaca devido ao seu baixo custo, de

fontes renováveis, biodegradabilidade, reciclabilidade, propriedades mecânicas satisfatórias e provocar menor

impacto no meio ambiente. Em compósitos formados por matrizes frágeis e fibras vegetais, dois fatores são

determinantes: o ataque alcalino às fibras e a incompatibilidade física entre fibra e matriz, além das características

microestruturas que justificam a superioridade da fibra de coco, no que se refere à durabilidade nos meios alcalinos

[10,11]

A fibra de coco se destaca no Brasil devido seu uso em outras aplicações como a confecção de cordas, escovas,

tapetes, estofamentos automotivos, assim como sua alta disponibilidade no país, baixo custo e propriedades físico-

químicas adequadas à confecção de compósitos [11], apresentando as seguintes propriedades:

Tabela 1. Propriedades da fibra do coco. (Adaptado de [11])

Massa específica 1177 kg/m³

Absorção máxima 93,80%

Alongamento na ruptura 23,9 a 51,4 %

Resistencia a tração 95 a 118 Mpa

Módulo de elasticidade 2,8 GPa

O ensaio de compressão diametral abrange aparelhos de teste, preparação de amostras e procedimentos para

determinar a resistência à ruptura por compressão de linha diametral de amostras em forma de disco. O corpo de

prova deve ser um disco circular com relação espessura / diâmetro (t / D) entre 0,2 e 0,75. A resistência à ruptura

da amostra com as placas planas deve ser calculada da seguinte forma [12]:

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σt = 2P

πtD (1)

Onde:

σt: tensão por compressão diametral (MPa);

P: força máxima obtida no ensaio, expresso em Newton (N);

t: espessura do corpo de prova, expresso em milímetros (mm);

D: diâmetro do corpo de prova, expresso em milímetros (mm).

2.2. Materiais e métodos

Os corpos de prova utilizados nos ensaios tinha em sua composição o baquelite, fornecido pela empresa

FORTEL®, do tipo MP 39, como reforço foi adicionado fibra de coco em pó. Para confecção dos corpos de prova

utilizou-se inicialmente para pesagem dos respectivos materiais já citados, uma balança analítica modelo

FA2204B, da marca BIOSCALE®, com sensibilidade de 0,0001g e capacidade máxima de 220 g e um becker de

vidro onde era separado as quantidades de cada material.

Após a pesagem, fez-se o uso de uma máquina embutidora metalográfica, TECLAGO® - EM40D, onde o

baquelite era depositado juntamente com a fibra de coco em pó, permanecendo na máquina por aproximadamente

trinta minutos até que o corpo de prova estive finalizado, processo de fabricação explicado abaixo na Figura 3. Foi

confeccionado corpos de prova cilíndricos pesando 20g, com 40mm de diâmetro e 11mm de espessura, como

mostrado na Figura 4, com quantidades de adição de fibra de coco diferentes.

Figura 3. Fluxograma do processo de obtenção dos corpos de prova. (Autoria própria)

Figura 4. Dimensões do corpo de prova. (Autoria própria)

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As amostras foram divididas em quatro grupos, como pode-se ver na Tabela 2, sendo produzido cinco unidades

de cada grupo para realização do ensaio de compressão diametral, sendo eles: baquelite puro, baquelite com adição

de 1% fibra de coco (2g de sua massa); 2% de adição de fibra de coco (0,4g de sua massa); 3% de adição de fibra

de coco (6g de sua massa).

Tabela 2. Quantidade de adição de fibra ao corpo de prova de baquelite. (Autoria própria)

Baquelite Quantidades

Puro 5 uni

1% de adição de fibra 5 uni

2% de adição de fibra 5 uni

3 % de adição de fibra 5 uni

Após a obtenção dos corpos de prova realizou-se o ensaio de compressão diametral de acordo com a norma

[12], avaliando-se a influencia das diferentes quantidades de fibra de coco adicionadas nas propriedades mecânicas

do baquelite quando ensaiado em seu estado puro.

Para a realização do ensaio de compressão diametral utilizou-se a Máquina Universal de Ensaios, modelo

DL10000 da EMIC®, com capacidade 100kN e software TESC para aquisição de dados, baseando-se em

parâmetros adiconados ao equipamento (diâmetro de 40 mm, expessura de 11 mm e velocidade de 1,2 mm/min).

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Os ensaios de compressão diametral foram realizados nos quatro grupos de amostras, logo após a obtenção dos

resultados analisou-se o comportamento da tensão versus deformação para cada grupo de corpo de prova analisado,

onde foram calculados os desvios padrões e as variâncias com o objetivo de afirmar a confiabilidade de cada

gráfico e minimizar qualquer erro aparente como vemos a seguir.

Baquelite puro

Figura 5. Comparativo entre as curvas de tensão versus deformação para o baquelite puro. (Autoria própria)

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Tabela 3. Resultados obtidos no ensaio de compressão diametral. (Autoria própria)

Baquelite puro Tensão (Mpa) Deformação (mm/mm)

Amostra 1 27,7537 0,0427

Amostra 2 26,7770 0,0464

Amostra 3 24,4129 0,0404

Amostra 4 23,7748 0,0391

Amostra 5 25,9480 0,0439

Média 25,7333 0,0425

Variância 2,6992 8,41x10-6

Desvio padrão 1,6429 0,0029

Baquelite com 1 % de adição de fibra

Figura 6. Comparativo entre as curvas de tensão versus deformação para o baquelite com 1% de adição de fibra

de coco. (Autoria própria)


Baquelite com 1% Tensão (Mpa) Deformação (mm/mm)

Amostra 1 26,1723 0,0418

Amostra 2 22,9978 0,0379

Amostra 3 25,8597 0,0440

Amostra 4 25,0466 0,0413

Amostra 5 26,9217 0,0489

Média 25,3996 0,0428

Variância 2,2547 1,6477x10-5

Desvio padrão 1,5016 4.0592x10-3

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7






Amostra 1 27,6293 0,0461

Amostra 2 25,3346 0,0428

Amostra 3 25,1667 0,0427

Amostra 4 23,7893 0,0407

Amostra 5 25,5444 0,0447

Média 25,4929 0,0434

Variância 1,9001 4,2776x10-6


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8






Amostra 1 24,2740 0,0430

Amostra 2 24,9295 0,0452

Amostra 3 23,7474 0,0448

Amostra 4 23,5795 0,0445

Amostra 5 23,2410 0,0402

Média 23,9543 0,0435

Variância 0,4363 4,2776x10-6


Na Tabela 7 podemos correlacionar os valores médios obtidos para as propriedades mecânicas, de modo a

realizar-se um comparativo e verificar-se os resultados alcançados.

Tabela 7. Média dos resultados obtidos no ensaio de compressão diametral. (Autoria própria)

Grupos Tensão (Mpa) Deformação (mm/mm)

Baquelite puro 25,7333 0,0425

Baquelite com 1% 25,3997 0,0428

Baquelite com 2% 25,4929 0,0434

Baquelite com 3% 23,9543 0,0435

Além das análises das propriedades mecânicas, realizou-se um comparativo da massa específica dos corpos de

prova em suas diferentes quantidades de adição de fibra, como mostrado na Tabela 8.

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Tabela 8. Massa específica dos corpos de prova. (Autoria própria)

Grupos Massa específica (Kg/m3)

Baquelite puro 1446,83

Baquelite com 1% 1387,45



3. CONCLUSÕES

Após apresentado os resultados obtidos no ensaio de compressão diametral de cada grupo de corpo de prova,

pode-se observar que devido as propriedades mecânicas do composto, o desempenho do material avaliado não foi

satisfatório, não havendo variação considerável em ganho de propriedades mecânicas, onde podemos fazer essa

análise observando os resultados do baquelite sem adição de fibra com os resultados dos compósitos baquelite e

fibra de coco em suas diferentes quantidades de adição.

Dessa forma, a fibra de coco não trouxe melhoria relevante quanto ao aumento das propriedades mecânicas

como almejado no início da pesquisa, em contrapartida trouxe uma redução na massa específica do material, onde

pode-se obter com esse compósito em comparação a resina baquelite pura, peças ou produtos com o mesmo volume

e menores valores de massa.

Recomenda-se uma análise mais aprofundada, adicionando-se uma maior quantidade de fibra de coco ou de

outros materiais lignocelulósicos, podendo ser verificado a influência dos diferentes tipos desses materiais como

reforço em um compósito com resina fenol-formaldeído.

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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(Especialização em Engenharia Automotiva) – PUCMG, Belo Horizonte - MG.

[2] PIRES, Eduardo Nascimento. Efeito do tratamento de superfície em fibras de juta no comportamento mecânico

de compósitos de matriz epóxi. 2009. Dissertação (Mestrado) – UFSC, Florianópolis - SC.

[3] CANEVAROLO JUNIOR, S.V. Ciência dos polímeros – Um texto básico para tecnólogos e engenheiros. 3.

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[4] CALLISTER JR, W.D.; RETHWISCH, D.G. Ciência de Engenharia de Materiais Uma Introdução. 8. ed. Rio

de Janeiro: Editora Eletrônica: Diagrama Ação, 2012.

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[6] VENTURA, A.M.F.M. Os Compósitos e a sua aplicação na Reabilitação de Estruturas metálicas. Ciência &

Tecnologia dos Materiais, Vol. 21, n.º 3/4, 2009. Disponível em: <http://www.scielo.mec.pt/pdf/ctm/v21n3-

4/v21n3-4a03.pdf>. Acessado em: 06 de março de 2019.

[7] REZENDE, M.C. Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol 10, nº 2, 2000. O Uso de Compósitos Estruturais

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março de 2019.

[8] ASKELAND, D.R.; PHULÉ, P.P. Ciência e engenharia dos materiais. São Paulo: Cengage Learning, 2011.

[9] NEWELL, J. Fundamentos da moderna engenharia e ciência dos materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2010.

[10] LOPES, B.L.S. Polímeros reforçados por fibras vegetais – Um resumo sobre esse compósito. São Paulo:

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[11] DUARTE, D; IMAI, E.M; NII, P.M. Fibras naturais e sua aplicação na arquitetura. São Paulo: USP, 2009.

Disponível em:

<http://www.fau.usp.br/arquivos/disciplinas/au/aut0221/Trabalhos%20Finais%202009/Fibras%20naturais.pdf>.

Acessado em: 07 de março de 2019.

[12] ASTM D3967. Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Intact Rock Core Specimens 1. ASTM

International, West Conshohocken, PA, p. 20–23, 2008.

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