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Scientia

ForeStaliS

343Sci. For., Piracicaba, v. 37, n. 84, p. 343-350, dez. 2009

Densitometria de raios X aplicada na avaliação tecnológica de painéis MDF de eucalipto

X ray densitometry applied to technological evaluation of MDF panels of eucalyptus

Ugo Leandro Belini¹; Mário Tomazello Filho² e Matheus Peres Chagas³

Resumo

Painéis de fibra de média densidade (MDF) produzidos com madeira de Eucalyptus grandis foram con-feccionados em condições experimentais de laboratório e em linha de produção industrial, tendo o seu perfil de densidade aparente determinado pela técnica de densitometria de raios X. Foram determinados e comparados os valores de densidade aparente máxima das faces superior e inferior; a densidade média e mínima dos painéis MDF. Os resultados indicaram que a densidade dos painéis MDF confeccionadas em laboratório e em linha de produção industrial, não mostrou diferença estatística significativa, refletindo as similaridades das condições de prensagem dos colchões de fibras. No entanto, para os painéis MDF de laboratório e linha de produção, as densidades máximas, média e mínima mostraram correlações estatis-ticamente significativas. A obtenção do perfil de densidade dos painéis MDF por densitometria de raios X é importante para a avaliação do estágio de prensagem do colchão de fibras e de outras variáveis do processo industrial, bem como para a caracterização das propriedades tecnológicas.

Palavras-Chave: Densitometria de raios X, Perfis de densidade, Painéis MDF

Abstract

MDF panels from eucalyptus wood fibers were manufactured in laboratory and industrial production and had their apparent density profile determined by X-ray densitometry. The MDF panels apparent density parameters (maximum density of the superior and inferior faces; medium and minimum density) were determined and compared. The results indicated that the density values of the MDF panels made in the laboratory and in industrial line did not show significant statistical differences, indicating the similarities in the pressing phase of the fibers of both kinds. However, for MDF panels of laboratory and production line, the values of maximum, mean and minimum densities showed statistically significant correlations. The determination of the density profile for MDF panels by X-ray densitometry is important for the evaluation of pressing phase and other variables of the industrial process of production, as well for the determination of the technological properties.

Keywords: X ray densitometry, Density profile, MDF panels

¹Mestre em Recursos Florestais pelo Departamento de Ciências Florestais da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” da Universidade de São Paulo – Caixa Postal 9 – Piracicaba, SP – 13400-970 – E-mail: [email protected]

²Professor Titular do Departamento de Ciências Florestais da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” da Universidade de São Paulo – Caixa Postal 9 – Piracicaba, SP – 13400-970 – E-mail: [email protected]

³Mestre em Recursos Florestais pelo Departamento de Ciências Florestais da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” da Universidade de São Paulo – Caixa Postal 9 – Piracicaba, SP – 13400-970 – E-mail: [email protected]

INTRODUÇÃO

Na fabricação dos painéis MDF de eucaliptos é importante a determinação e a análise dos perfis de densidade ao longo de sua espessura, consti-tuindo-se em importante parâmetro de avaliação da sua qualidade e aplicação final (FEENEY et al., 1996; WANG et al., 2006; CAI et al., 2006).

A densitometria de raios X é considerada como uma das principais técnicas não destrutivas de análise da qualidade dos painéis MDF (GRE-CON, 2009) e da madeira de árvores de espécies

florestais (TOMAZELLO FILHO et al., 2008) devi-do à precisão, detalhamento e praticidade. Outras metodologias citadas na literatura, como a propa-gação de ondas (DEL MENEZZI et al., 2007; SILVA e GONÇALVES, 2007), também podem ser em-pregadas na avaliação não-destrutiva de painéis.

A literatura apresenta diferentes perfis de pai-néis MDF com distribuição desigual dos valo-res de densidade em ambas as faces e no cen-tro determinados por densitometria de raios X, indicativos de alterações das características do colchão de fibras e das variáveis de prensagem

Belini, Tomazello Filho e Chagas – Densitometria de raios X aplicada na avaliação tecnológica de painéis MDF de eucalipto


(exemplo: temperatura, pressão, tempo etc.), exigindo a aplicação de medidas de correção e de regulagem dos equipamentos no processo in-dustrial (Figura 1) (SICOPLAN, 1996).

O perfil de densidade dos painéis de MDF, obtido através de metodologia não destrutiva de densitometria de raios X, permite conhecer o efeito das variáveis da fase de prensagem dos colchões de fibras, sendo considerada como análise de rotina no controle de qualidade dos painéis, em escala de laboratório e industrial (WANG et al., 2004; BELINI, 2007), permitin-do calibrar os ciclos de prensagem aplicados em linha de produção pela análise dos perfis em la-boratório. A análise por raios X pode, também, ser aplicada na determinação do perfil de densi-dade horizontal de painéis de madeira (CHEN et al., 2009).

Pelo exposto, o presente trabalho teve como objetivo determinar os perfis de densidade dos painéis MDF de Eucalyptus grandis, confecciona-dos em laboratório e em linha de produção in-dustrial, através da técnica de densitometria de raios X, correlacionando os valores de densida-de média, mínima e máxima.

MATERIAL E MÉTODOS

Confecção dos painéis MDF em condições de laboratório

No presente trabalho utilizou-se Eucalyptus grandis oriundo de plantios com 6,9 anos de idade, em 1ª rotação, no espaçamento de 3,0 x 1,5 m, em plantios localizados nos municípios de Botucatu e de Lençóis Paulista, SP, de pro-priedade da empresa Duratex S.A, sendo as árvo-res oriundas de material genético seminal pro-veniente de pomar de sementes clonal. Foram coletadas amostras de material fibroso na esteira de formação do colchão de fibras, em linha de produção industrial de painéis MDF, separando-as em 6 sub-amostras de 2,0 kg, em um total de 12 kg. Em seguida, a massa de fibras de cada sub-amostra foi distribuída manualmente em caixa formadora de colchão (390 x 390 x 300 mm) e pré-prensada para a retirada do ar e para proporcionar a compactação inicial. Na seqüên-cia, o colchão de fibras foi prensado em prensa laboratorial marca Siempelkamp pertencente à empresa Duratex S.A., ilustrada na Figura 2, com temperatura dos pratos de 195º C.

O ciclo de prensagem utilizado está descrito na Figura 3. As seis chapas de painéis MDF fo-ram confeccionadas com densidade nominal de

700 kg/m³, climatizadas a temperatura ambien-te e refiladas (18,9 x 380 x 380 mm).

Confecção dos painéis MDF em linha de produção

Em linha de produção industrial da empre-sa Duratex S.A., as fibras com mistura de resina uréica (dosagem de 11%/fibra seca), emulsão de parafina (dosagem de 0,37%/fibra seca) e de ca-talisador (dosagem de 0,8%/resina) foram pren-sadas em prensa contínua marca Siempelkamp com gradiente de temperatura dos pratos da prensa (205ºC, início; 175ºC, término), obten-do-se painéis MDF (18,9 x 370 x 370 mm), na densidade nominal de 700 kg/m³

Determinação do perfil de densidade dos painéis MDF por densitometria de raios X

Dos painéis MDF de eucalipto, confecciona-dos em laboratório e em linha de produção, fo-ram demarcados e cortados os corpos-de-prova (50 x 50 mm), mantidos em câmara de climati-zação (temperatura = 20°C e umidade = 60%) e, em seguida, analisados em densitômetro de raios X marca GreCon modelo DA-X (Figura 4). O den-sitômetro de raios X utilizado possui as seguintes características: voltagem de 33 kV, corrente entre 0-1 mA, ângulo de radiação de 11º, colimação inicial e final dos feixes de 100 e de 50 μm, res-pectivamente, podendo determinar a densidade de painéis de até 1500 kg/m³. Os valores de densi-dade foram determinados a cada 20 μm, ao longo da espessura dos painéis MDF, no sentido parale-lo à sua superfície (Figura 5). As análises propor-cionaram a obtenção de 24 perfis de densidade aparente dos painéis MDF, ao longo da sua espes-sura, sendo caracterizados pela determinação de 4 diferentes parâmetros de densidade, a saber: (i) densidade média, (ii) densidade máxima da face superior, (iii) densidade máxima da face inferior e (iv) densidade mínima (Figura 6).

Variáveis obtidas dos perfis de densidade dos painéis MDF

A Norma NBR 15316:1 (2006) indica que, para fins mercadológicos, os painéis MDF são classificados em (i) HDF: densidade ≥ 800 kg/m³; (ii) Standard: densidade > 650 kg/m³ e < 800 kg/m³; (iii) Light: densidade ≥ 650 kg/m³; (iv) Ultra Light: densidade ≥ 550 kg/m³, (ABNT, 2006a). A Norma NBR 15316:2 (2006) cita que a variação da densidade do painel MDF deve ser, no máximo, ± 7% em relação à densidade no-minal adotada (ABNT, 2006b).


Figura 1. Perfis de densidade de painéis MDF resultantes de alterações na fase de prensagem (eixo X: espessura e Y: densidade do painel). (A) aquecimento ou pressão desigual nas superfícies do painel MDF; (B) baixas pressões durante prensagem e/ou baixa umidade do colchão de fibras; (C) baixa velocidade de prensa-gem; (D) alta velocidade de prensagem.

Figure 1. Density profiles of MDF panels resulted from those alterations in press time (X: thickness and Y: panel density). (A) Unequal heating or pressure on panel surfaces; (B) low pressure during press time and/or low moisture in mat formation; (C) low pressing velocity; (D) high pressing velocity.

Figura 2. Prensa laboratorial utilizada para confecção dos painéis MDF.

Figura 2. Laboratory press used to make MDF panels.

O perfil de densidade aparente da espessura do painel MDF possibilitou determinar os se-guintes parâmetros:

Densidades máximas do painel MDF nas fa-ces superior e inferior: denominada como “pico de densidade” e relacionada com as propriedades físico-mecânicas (módulo de ruptura e elasticida-de; resistência à tração superficial e arrancamento de parafuso na face do painel) e de aplicabilida-de (qualidade da pintura, acabamento superficial, etc.). Os maiores valores de densidade nas faces su-perior e inferior dos painéis MDF indicam melhor fechamento/entrelaçamento das fibras ou a lisura da sua superfície, resultado da maior compactação da massa de fibras (Figura 6a, Figura 6b);

Densidade mínima do painel MDF: obser-vada na região interna do painel MDF e rela-cionada com o seu desempenho (resistência à tração perpendicular e arrancamento de parafu-so topo). O aumento dos valores de densidade mínima, para uma mesma condição de prensa-gem, exige maior incremento da massa de fibras no colchão fibroso ou alterações na curva de prensagem do painel MDF (Figura 6c);

Densidade média do painel MDF: determinada através da média dos valores observados no decor-rer na espessura do painel (maiores densidades nas faces e menor densidade no centro) (Figura 6d).



Figura 3. Ciclo de prensagem utilizado para obtenção dos painéis MDF.Figure 3. Pressing cycle used to obtain MDF panels.

Figura 5. Princípio de funcionamento do analisador de densidade por raios X e disposição da amostra de painel MDF para a determinação do seu perfil de densidade.

Figura 5. Functioning principle of the X-ray density analyzer; and sample position for the determination of the den-sity profile.

Figura 4. Obtenção do perfil de densidade de painéis MDF de eucalipto por densitometria de raios X. (A) densitô-metro de raios X; (B) corte dos corpos de prova; (C) corpos de prova (50 x 50 mm); (D) corpos de prova dispostos no porta-amostra; (E) deslocamento do suporte e determinação da densidade ao longo da es-pessura do painel MDF; (F) perfil e valores de densidade aparente do painel MDF.

Figure 4. Density profile in MDF panels obtained for X-ray densitometry. (A) X-ray densitometry; (B) cut samples; (C) samples (50 x 50 mm); (D) samples in a sample carriage; (E) moving sample carriage and density determination along MDF thickness; (F) density profile and values of apparent density of the MDF panel.

A B C

D E F


RESULTADOS E DISCUSSÃO

Perfil de densidade dos painéis MDF por densitometria de raios X

Os resultados da avaliação da densidade, por densitometria de raios X, indicam similaridade dos perfis e dos valores de densidade média, mí-nimo e máximo dos painéis MDF de eucalipto obtidos em laboratório e em linha de produção (Figura 7 e Tabela 1). As análises estatísticas com-provam a inexistência de diferença significativa entre os tratamentos e demonstram as condições similares na prensagem do colchão de fibras em laboratório e em linha de produção industrial.

Os painéis MDF apresentam ambas as fa-ces, superior e inferior, com alta densidade e

o seu interior baixa densidade, formando um perfil característico, em forma da letra M (CAI et al., 2006). Este formato dos perfis de densi-dade ao longo da espessura dos painéis MDF é característico para painéis confeccionados com madeira de eucaliptos e de outras espécies flo-restais (SICOPLAN, 1996; ELEOTÉRIO, 2000; AYRILMIS, 2007).

Os elevados valores de densidade aparente mínima e média dos painéis MDF de eucalip-to são indicativos, de acordo com Wong et al., (2000), de adequadas propriedades de resistên-cia à tração perpendicular e ao arrancamento de parafuso, com a resistência podendo ser aumen-tada pela alteração do gradiente de densidade ao longo de sua espessura (WOODSON, 1997).

Figura 6. Parâmetros de densidade aparente de painéis MDF de madeira de eucalipto, obtidos através da densito-metria de raios X.

Figure 6. Density parameters of MDF panels made with eucalyptus wood obtained through X-ray densitometry.

Figura 7. Perfis de densidade aparente ao longo da espessura dos painéis MDF confeccionados em condições de laboratório (A) e em linha de produção industrial (B).

Figure 7. Density profile along thickness in MDF made under laboratory conditions (A) and in industrial line pro-duction (B).



Valores de densidade dos painéis MDFOs valores de densidade (i) média, (ii) má-

xima média, superior e inferior e (iii) mínima dos painéis MDF confeccionados em laborató-rio foram de 697, 1004, 1011, 1008 e 609 kg/m³ e em linha de produção industrial foram de 707, 1023, 1020 e 1021 e 615 kg/m³, respectiva-mente (Tabela 1).

As condições de confecção, mesmo consi-derando a etapa laboratorial parcial, pois as fibras foram obtidas já encoladas na linha de produção, não mostraram diferenças estatís-ticas significativas na densidade dos painéis MDF, indicando similaridade dos parâmetros do ciclo de prensagem dos colchões de fibras, conforme também verificado por Cai et al. (2006). Valores similares de densidade média de painéis MDF foram obtidos por Benaduce (1998) e Eleotério (2000), sendo que este ve-rificou densidades mínima e máxima de 680 e de 1050 kg/m³, respectivamente, para painéis MDF de 16 mm de espessura.

O perfil de densidade determinado através dos raios X é importante para a recomendação da aplicação do painel MDF e para aferir as con-dições de prensagem direcionadas para a con-fecção de painéis de melhor desempenho em aplicações específicas. As densidades máximas nas faces superior e inferior dos painéis MDF são resultados do efeito da compactação das fibras e da consolidação da resina pela temperatura e pressão exercidas pelas placas metálicas da pren-sa através da alta aplicação de pressão, ou rápi-do fechamento da prensa, no início do ciclo de prensagem (Figura 3), resultando em elevado de-sempenho de acabamento superficial para apli-cação de vernizes e tintas. As diferenças da con-solidação das fibras e da resina nas faces externa e interna dos painéis MDF podem ser observadas

na Figura 6. Painéis MDF com baixos valores de densidade nas faces (picos de densidade reduzi-dos) indicam menor consolidação das fibras e acabamento poroso, aumentando a absorção de produtos de acabamento superficial. Os valores de densidade mínima dos painéis MDF indicam o desempenho quanto à resistência à tração per-pendicular e usinabilidade. A depressão da den-sidade no centro do painel (detectada no perfil) indica, geralmente, (i) velocidade de prensagem acima do ideal; (ii) falta de massa de fibras no interior dos painéis MDF; (iii) tempo de prensa-gem insuficiente e; (iv) pressão abaixo da neces-sária, comprometendo o seu acabamento duran-te processos de usinagem.

Outro importante parâmetro de qualidade tecnológica dos painéis MDF, obtidos através da determinação do perfil de densidade, constitui-se na diferença dos valores de densidades média e mínima, da ordem de 100 kg/m³, superior ao de 60 kg/m³ obtida por Ayrilmis (2007). A dife-rença entre a densidade média e a mínima é de-corrente das características da morfologia e das dimensões das fibras, da formação dos colchões de massa de fibras e das condições de prensa-gem dos painéis MDF.

O valor da densidade do painel MDF é in-dicativo da quantidade e da compactação das fibras e dos aditivos em determinada região do painel, menor na sua região interna e refletindo na sua usinabilidade (Figura 8).

Os índices de correlação de Pearson dos valo-res de densidade dos painéis MDF obtidos em la-boratório e em linha de produção (Tabela 2) in-dicam que a densidade média mostrou correlação significativa com as variáveis verificadas no perfil - densidade máxima média, superior e inferior e densidade mínima – sendo mais nitidamente pronunciadas nos painéis confeccionados em la-

Tabela 1. Painéis MDF confeccionados em laboratório e em linha de produção industrial: valores de densidade mé-dia, máximas superior, inferior e média, e densidade mínima.

Table 1. MDF panels made in the laboratory and industrial line production: values of medium density, maximum upper density, lower and medium, and minimum density.

Variáveis Local Valores Médios

Densidade média (kg/m³)Laboratório 697 (20) a

Linha de produção 707 (6) a

Densidade máxima superior (kg/m³)Laboratório 1004 (27) a


Densidade máxima inferior (kg/m³)Laboratório 1011 (21) a


Densidade máxima média (kg/m³)Laboratório 1008 (22) a


Densidade mínima (kg/m³)Laboratório 609 (19) a

Linha de produção 615 (10) aValores médios seguidos de desvio padrão. Letras representam a comparação entre diferentes locais ao nível de 5% de probabilidade (Teste de Tukey) – SAS.


Tabela 2. Painéis MDF confeccionados em laboratório e em linha de produção industrial: correlação de Pearson dos valores de densidade aparente média, máximas superior, inferior e média e mínima.

Table 2. MDF panels made in the laboratory and industrial line production: Pearson correlation for values of apparent medium density; maximum upper; lower; and minimum densities.

Laboratório Dmédia (kg/m³)

Dmáx superior (kg/m³)

Dmáx inferior (kg/m³)

Dmáx média (kg/m³)

Dmin (kg/m³)

Dmédia (kg/m³) -Dmáx superior (kg/m³) 0,87* -Dmáx inferior (kg/m³) 0,87* 0,81* -Dmáx média (kg/m³) 0,91* 0,94* 0,95* -Dmin (kg/m³) 0,95* 0,79* 0,75* 0,81* -

Valores com excesso correspondem a correlações estatisticamente significativas a p < 0,05.

Linha de Produção Dmédia (kg/m³)

Dmáx superior (kg/m³)

Dmáx inferior (kg/m³)

Dmáx média (kg/m³)

Dmin (kg/m³)

Dmédia (kg/m³) -Dmáx superior (kg/m³) 0,81* -Dmáx inferior (kg/m³) 0,87* 0,62* -Dmáx média (kg/m³) 0,93* 0,9* 0,89* -Dmin (kg/m³) 0,65* 0,41 (NS) 0,52 (NS) 0,51 (NS) -

Valores com asterísticos correspondem a correlações estatisticamente significativas a p < 0,05.Valores com (NS) correspondem a correlações estatisticamente não significativas a p < 0,05.

boratório. Segundo Maloney (1989) existe uma correlação significativa e positiva entre a densida-de e as propriedades mecânicas dos painéis MDF, sendo que a densidade mínima é extremamente importante quanto a resistência à tração perpen-dicular ao arrancamento de parafuso.

CONCLUSÕES

Os resultados do presente trabalho permitem concluir que:• A técnica de densitometria de raios X possibili-ta a determinação acurada da densidade ao lon-

go da espessura dos painéis MDF, permitindo aferir as variáveis de prensagem em laboratório e linha de produção e a correlação com parâme-tros tecnológicos; • Os painéis MDF confeccionados em laborató-rio e linha de produção não apresentaram di-ferenças nos perfis e valores de densidade, in-dicando similaridade dos colchões de fibras e condições de prensagem;• A correlação de Pearson dos painéis MDF ob-tidos em laboratório e linha de produção indica que a sua densidade média correlaciona-se com a densidade mínima.

Figura 8. Consolidação das fibras nas faces externa (A, B, C) e interna (D, E, F) de painel MDF de eucalipto (A-D: 1,0 x; B-E: 2,5x; C-F: 25 x).

Figure 8. Aspect of fiber on the surface (A, B, C); and core (D, E, F) in an MDF panel of eucalyptus wood (A-D: 1,0 x; B-E: 2,5 x; C-F: 25 x).

A B C

D E F



AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à Duratex S.A e ao La-boratório de Anatomia e Identificação de Ma-deiras do Departamento de Ciências Florestais da ESALQ/USP.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Recebido em 25/03/2009Aceito para publicação em 06/08/2009

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