design sustentÁvel: a importÂncia das fibras de...

Edição Especial 2006

DESIGN SUSTENTÁVEL: A IMPORTÂNCIA DAS FIBRAS DE JUTA, SISAL E COCO, NO PLANEJAMENTO DE PRODUTOS E ÉTICAS SUSTENTÁVEIS.

Cristiano Alves da Silva 1

Ivan De Domenico Valarelli 2

Resumo Este trabalho tem como objetivo analisar o papel do designer no planejamento de materiais de baixo impacto ambiental, provenientes de fontes renováveis no desenvolvimento de produtos sustentáveis. Analisaramse amostras de compósitos reforçados com fibras de vidro e compósitos reforçados com fibras de sisal, juta e coco. Todas as amostras foram confeccionadas com e sem a adição de carga mineral na matriz a base de poliéster insaturado, variando de 0 a 30% da mesma, via processo de injeção de resina TRV (Transferência de Resina a Vácuo). Analisouse o efeito da carga mineral nos compósitos e, por meio de ensaios normalizados de resistência à tração, módulo de elasticidade, alongamento, resistência à flexão, resistência ao impacto, envelhecimento artificial, absorção de umidade e estabilidade dimensional longitudinal, analisouse a possibilidade de substituição da fibra de vidro, como reforço em compósitos, por fibras vegetais. Os resultados foram comparados entre si, utilizandose a fibra de vidro e a ausência de carga mineral como controles estatísticos.Chegouse a resultados promissores, pois ilustram a viabilidade das fibras vegetais como reforço em compósitos de matriz poliéster, com suas respectivas vantagens técnicas e ambientais em produtos industriais e, colaborando para a sustentabilidade de pequenos produtores rurais, diminuindo assim, o êxodo rural. Palavras chave: ecodesign, sustentabilidade, fibras naturais.

Abstract The present production analyzes the designer’s role on selection of sustainable materials from renewable sources for development sustainable products. It’s name is ecodesign and suggests the inclusion of environmental variable into management of projects in favour of possible sustainable of productive system. In this work was analyzed some composites samples of fiberglass, actually used in industrial market, and composites reinforced with sisal fiber, jute and coconuts. All of samples were produced by TRV process (Vacuum Resin Transfering), with and without mineral filler incorporation in the polyester matrix and its changed from 0% to 30% and of these variables was possible investigated its effects in the composites. After that, by tensile strength, young’s modulus, strain of rupture, flexural strength, impact strength, artificial weathering, water absorption and dimension stability, have been analyzed the chance to replace the fiberglass like reinforced composites and start the use of vegetable fibers from renewable sources. The fiberglass and the absence of mineral filler incorporation have been compared with the results that show the means of employ vegetable fiber like reinforced composite to industrial products. Keywords: ecodesign, sustainability, natural fibers.

1 Mestre em Desenho Industrial pela Faculdade de Artes e Comunicação da UNESP / Bauru ([email protected]) 2 Prof. Livre Docente Programa de Pós Graduação em Desenho Industrial – FAAC Unesp / Bauru ([email protected])

Educação Gráfica – Edição Especial

1. Introdução

A necessidade de desenvolvimento sustentável, conceito que surgiu pela primeira vez, com o nome de ecodesenvolvimento, no início da década de 70 (ROMEIRO, 2003), deixa de ser um debate em círculos fechados e ganha a dimensão de um problema global. Trazendo à tona a necessidade de mudanças no estilo de vida da população, com o objetivo de garantir a qualidade de vida do planeta e de seus habitantes (CAVALCANTI, 2003). Fazse necessária uma nova política de sistema de gerenciamento produtivo que permita a produção de componentes ecologicamente corretos, visando promover o desenvolvimento sustentável e minimizar o impacto ambiental dos produtos. Contudo, vale lembrar que, apenas o redesign dos produtos e/ou os estudos sobre a utilização de recursos de fontes renováveis por si só não impedem a degradação ambiental. Portanto, é necessária uma mudança profunda nas crenças e hábitos da sociedade moderna, crenças estas atualmente calcadas na cobiça e na posse, onde o cidadão, hoje reconhecido como consumidor, é motivado a adquirir produtos e objetos, não mais para satisfazer suas necessidades básicas de interação com o meio ambiente, mas sim, segundo Baudrillard (2002), para atender suas necessidades sociais, manipulando signos e não mais objetos em seu valor de uso. Deve o design trabalhar somente na geração de necessidades eternamente insatisfeitas? Como deve o profissional de design contribuir, no diálogo da questão ambiental, quando na criação de códigos nos objetos? Qual a relação dos novos materiais, providos de fontes renováveis, e suas respectivas estéticas processuais no design contemporâneo? É neste contexto que o design é inserido na questão ambiental, para que seja uma alternativa de fixação de uma nova ética projetual, que objetive o desenvolvimento e o bem estar do cidadão do futuro e não apenas como mais um instrumento cosmético de persuasão ao consumo excessivo. Racionalidades sociais e ecológicas estão profundamente relacionadas ao design, pois sendo o homem o principal transformador do meio ambiente, torna assim impossível o discurso sobre o processo produtivo e seus impactos ambientais, sem discutir também o design. Aliás, design não está ligado exclusivamente à relação estético/formal dos objetos, mas atua também com as potencialidades da prática de vida de uma comunidade, ou seja, nos seus hábitos e formas de relações com o ambiente em que vive. Dessa maneira, empresas de todo o mundo iniciam suas buscas para reduzir os impactos ambientais de suas atividades e produtos, a fim de conquistar um novo e forte, mercado verde.

2. O mercado verde Devido às pressões governamentais, populares dentre outros fatores, o conceito de desenvolvimento sustentável é integrado pelas empresas na tentativa da mudança de imagem “indústria suja” para “indústria limpa ou verde”. Essa nova postura industrial traz consigo o conceito de “Ecoeficiência”, que objetiva a união da eficiência dos recursos com responsabilidade ambiental, ou seja, a performance ambiental aliada à performance econômica, a utilização dos recursos de maneira coerente (World Business Council for Sustainable Development – WBCSD, 1992), e é considerada como uma grande oportunidade de negócios, com a geração de inovações e competitividade para as empresas (FIKSEL; MCDANIEL; SPITZLEY, 1998). Assim, a responsabilidade ambiental estabelece um novo mercado de produto/serviço, onde as empresas passam a se comportar de forma responsável, mas somente ou quando sua permanência no mercado encontrase ameaçada (LAYRARGUES, 1998; CAVALCANTI, 2003; PIAZZA, 2004; PORTILHO, 2004; COSTA, 200). Segundo Mamão (200), os investimentos em tecnologias relacionadas a energias renováveis triplicou desde 1999. Nos países desenvolvidos, até a década de 80 eram poucos os produtos com apelo ecológico, mas em 1991 esse índice atinge 33,9% no Canadá, 13,4% nos Estados Unidos e 7,2% na GrãBretanha (MOTTA; ROSSI, 200). Além disso, as expectativas para 2010, sobre o ecobusiness, são de faturamento na casa dos US$ 600 bilhões, entretanto, notase que o mercado verde dos países subdesenvolvidos é pouco expressivo, evidenciandoo como negócio do primeiro mundo (MAIMON, 199 apud CAVALCANTI, 2003).


Apesar da disposição de maiores investimentos nas questões ambientais em países desenvolvidos, há também, nos países em desenvolvimento, um crescimento da preocupação da sociedade com os problemas ambientais (CRESPO, 2001). De acordo com Crespo, a população brasileira se preocupa com meio ambiente e a idéia de preserválo e, 81% dos brasileiros têm práticas de consumo que levam em consideração outras variáveis além de preço e qualidade e que o “marketing verde” demonstrase eficiente, aumentando a atratividade dos produtos. A busca, do meio empresarial, ao mercado verde é sacramentada com o estabelecimento das normas de gestão ambiental ISO 14000, que surgem como forma de inserção empresarial no mercado internacional. Entretanto, o gerenciamento ambiental foca seu resultado, principalmente, em lucratividade para a organização, com a redução de indenizações a funcionários, minimização na geração de resíduos e melhorias nos processos produtivos, evidenciando assim, o predomínio da racionalidade econômica quando no trato da questão ambiental (OLIVEIRA, 2001).

2.1. Design sustentável

2.1.1. Gestão ambiental

No atual contexto global, o design sustentável surge como uma proposta conciliadora, que busca o equilíbrio entre as técnicas e as crenças da sociedade contemporânea. Objetiva uma alternativa de fixação de uma nova ética projetual, com possibilidade de desenvolver outro sistema de significação que alcance o real desenvolvimento e bem estar do cidadão e não apenas como outro instrumento de persuasão ao consumo (AMARAL, 2004). Racionalidades sociais e ecológicas estão profundamente relacionadas ao design, pois sendo este o elo entre os princípios técnicocientíficos e artísticos (HAMAD, 2002) e, sendo o homem o principal transformador do meio ambiente, torna assim impossível o discurso sobre o processo produtivo e seus impactos ambientais, sem discutir também o design. Além disso, design não está ligado exclusivamente à relação estético/formal dos objetos, mas atua também com as potencialidades da prática de vida de uma comunidade, ou seja, seus hábitos e formas de relações com o ambiente em que vive. Enfim, design como processo da criação de novas realidades, que inferem diretamente no modo de vida cotidiana criando assim, segundo a teoria de Peirce (1939 – 1914 apud SILVEIRA, 2005), uma semiose de novas estéticas, éticas e lógicas, ou seja, novos hábitos e crenças coletivas. Contudo, a inclusão da variável ambiental no design de produtos, obriga o setor produtivo adotar novas metodologias e/ou ferramentas, que colaborem com a inserção ambiental em suas atividades (BITENCOURT, 2001). As concepções DfX (Design for X – Design para algo), onde o componente “X” representa o objetivo com o qual o projeto está relacionado, tiveram início nos anos 90, dando origem a diversos outros conceitos, que podem ser considerados como parte de um conceito geral conhecido como LCA – Life Cycle Assessment. Esta tem grande aceitação como método apto a quantificar as intervenções ambientais e avaliar as opções de melhorias no ciclo de vida de um processo, produto ou atividade (AZAPAGIC, 1999). Sua utilização como ferramenta ambiental, tanto por empresas quanto por órgãos públicos, proporcionou sua inclusão na norma ISO 14000, propondo às empresas a aquisição do total conhecimento das conseqüências ambientais de suas atividades, desde a extração da matéria prima (inputs) até sua disposição final (outputs). Recentes aplicações da LCA estão relacionadas a produtos e processos e, resultaram na LCPD – Life Cycle Process Design, onde variáveis ambientais são incorporadas ainda na fase do design ao lado de critérios técnicos e econômicos e, que oferece potencial para inovações tecnológicas em conceitos de design e processos, estruturando a seleção de melhores materiais e alternativas de projeto visando todo o ciclo de vida do produto (AZAPAGIC, 1999).


2.1.2. Consumo dos recursos naturais

O insustentável consumo da sociedade contemporânea, não significa, portanto, qualidade de vida, mostrando assim que a sociedade consome, segundo Amaral (2004) como signo social, na lógica da manipulação de sinais. Os objetos deixaram de representar sua função principal, e passaram a significar referência social, formada por um sistema de interpretação calcado na posse e na cobiça (BAUDRILLARD, 1995). Dessa forma, é impossível a busca da satisfação através de consumo que, passa a significar uma espécie de indenização à falta de realização social, onde a qualidade de vida e a felicidade são mensuráveis por meio de signos de conforto. “O que está em jogo é, portanto, a lógica individual da diferenciação e não da satisfação”.(PORTILHO, 2004). Algumas pesquisas apontam a necessidade da redução do consumo de recursos naturais da ordem de 4 a 20 vezes para um mundo sustentável (IPTS, 2000; ROY, 2000). Sugerem também novas maneiras de organizações sociais de consumo, como por exemplo: novos modelos de posse como o aluguel, para dar às empresas um interesse em desenvolver produtos duradouros e contrários a obsolescência programada, estratégia empresarial altamente empregada. Para isso acredita que o ecodesign seja essencial, mas insuficiente frente o aumento das pressões da economia global, especialmente dos países em desenvolvimento. Roy (2000) ainda aponta uma tendência de mudança nos países industrializados, da produção de produtos para o aumento de serviços, informação e conhecimento. Entre 1950 e 1990 a produção nos EUA caiu de 25% para 15% e no Reino Unido de 35% para 20%, enquanto a distribuição, finanças e serviços aumentaram de 40% para 62% e de 32% para 57% respectivamente. Porém, vale lembrar que o aumento de serviços em países industrializados pode, muitas vezes, estar relacionado com a transferência da produção industrial, altamente poluente, para países periféricos. Com isso, não é solucionado o problema ambiental, mas apenas, transferido de endereço. Na Europa, o aumento do consumo de recursos, aponta a diminuição das reservas e potencial energético. Segundo levantamento realizado em 2001, a diminuição na intensidade de recursos ocorre desde 1980 e permanecerá em queda até 2020 e a intensidade energética reduziu cerca de 31% entre 1976 e 1996, enquanto o consumo energético aumentou 23% nesse mesmo período. Ainda assim, a expectativa é que a geração de desperdício dessas nações cresça cerca de 43% até 2020 enquanto sua intensidade energética diminua, isso mostra a urgência da mudança de hábito de consumo da sociedade moderna (ORGANISATION FOR ECONOMIC COOPERATION AND DEVELOPMENT – OECD, 2001). Contudo, vale lembrar que um recurso renovável pode se tornar nãorenovável se ultrapassado seu limite biofísico, ou seja, a diferença entre a velocidade de seu consumo e a velocidade de seu desenvolvimento. Então, ser ou não ser renovável, dependerá da degradação de seus estoques que, a partir de determinado limite, transformase em produto industrializado, produzido segundo a lógica de acumulação de capital. (STAHEL, 200 apud CAVALCANTI, 2003). No Brasil, ocorre uma redução na participação de energia renovável devido, entre outros, à queda de investimento em construção de hidrelétricas, redução do consumo de lenha e carvão a maior participação do uso do gás natural na matriz energética do país (IBGE, 2004). Ao contrário do Brasil, segundo o EEA (2003), na Europa há um aumento do percentual de energias renováveis no consumo energético total de 4,5% em 1992 para 5,6% em 1999 e, segundo o ENERGY INFORMATION ADMINISTRATION – EIA (2004), nos EUA esse percentual sofreu leve queda de 6,8% em 1999 para 6,3% em 2003. Esses dados abonam a posição da Europa como o continente que mais investe em redução de impactos ambientais. Assim, a utilização de fontes renováveis, para a fabricação de produtos e/ou componentes industriais, tornase primordial para o desenvolvimento sustentável e a manutenção do sistema produtivo em vigor. Dentre os produtos provenientes de fontes renováveis, estão os compósitos reforçados com fibras vegetais, que apontam grandes possibilidades de utilização industrial. Os materiais compósitos podem ser combinados de maneira a melhorar diversas propriedades mecânicas por meio da afecção do sistema – capacidade dos seres em se afetarem mutuamente (PEIRCE, 2003) – onde a matriz polimérica transfere para as fibras o stress a qual é solicitada.


A vantagem da utilização dos compósitos na indústria é permitir ao designer assumir um papel além de mero selecionador de materiais, quando no desenvolvimento de projetos. De acordo com Bonsiepe (1997), o design industrial domina outros discursos além do estético/formal. Portanto, da escolha da melhor combinação resina/fibra dependerá o possível sucesso do projeto, cabendo ao designer considerar outras variáveis, como custo, processo produtivo (BAXTER, 2000) e, principalmente, o que se pretende com os novos materiais, pois estes, criarão novos hábitos, induzirão a novas condutas e possibilidades sociais. É preciso que o designer, enquanto criador de condutas, questione sobre o que se pretende com novos projetos e, seu objetivo deve ser o comprometimento e responsabilidade com essas condutas. Os compósitos são compostos basicamente por uma substância conhecida como matriz e um elemento conhecido como reforço. A matriz é o elemento que proporcionará a forma final de uma peça, pois é uma resina polimérica que envolve as fibras protegendoas do meio externo e conferindo ao compósito determinadas propriedades químicas (VIZINHA 2004). O reforço é o elemento estrutural do compósito, determinando assim sua estrutura interna e responsável pelo melhoramento das propriedades físicas e mecânicas (Id., 2005). Dentre os reforços utilizados, podemos adicionar as fibras vegetais já que a utilização da fibra de vidro acarreta graves problemas ambientais devido, principalmente, ao seu descarte final. Sua característica de material resistente e forte candidato à substituição de materiais como o metal, agrava o problema da limitada capacidade do ambiente de absorver dejetos. Assim, pesquisadores (ISAAC et al., 2004; JOSEPH et al., 1999; JUNIOR, 2002; LEITE et al., 2004; PAIVA et al., 1999) trabalham na possibilidade de substituílas por fibras vegetais. Apontando para a viabilidade físico mecânica dessas fontes na atividade industrial, que faz maior uso das fibras de plantas, pois são abundantes e podem ser encontradas de maneira natural ou cultivadas pelo homem. Sendo assim, também são fontes de renda para diversas famílias (Id., 2001). O Brasil possui potencial de cerca de 10.000 t/ano, de fibra natural, somente para o mercado automotivo – próximo a 20 kg/auto, sem considerarmos outros mercados (LEÃO, 1997).As fibras vegetais são utilizadas em diversas aplicações: indústria têxtil, indústria de papel, indústria química, indústria de compósitos.

2.2. Experimento

Foram analisados os efeitos das fibras vegetais (sisal, juta e coco) utilizadas como reforço, a presença de carga mineral e o percentual desta carga no compósito. Os materiais utilizados na confecção das amostras foram: sisal com 600g/m 2 e coco com 450g/m 2 (mantas com fibras curtas e sem alinhamento), juta F9 com 310g/m 2 (manta com fibras longas e alinhadas), vidro Multicore com 780g/m 2 (manta com fibras longas e alinhadas), matriz a base de poliéster insaturado ortoftálico (UCEFLEX – UC 2080), carga mineral (CaCO3 – Carbonato de cálcio) e catalisador (PMEK – Peróxido de metil cetona) e, sua composição final é ilustrada no quadro 01. Os ensaios realizados são ilustrados no quadro 02.


Quadro 01 – Composição final da matriz.

Quadro 02 – Ensaios e normas.

Os resultados dos ensaios de resistência à tração, resistência à flexão, resistência ao impacto, módulo de elasticidade e alongamento, foram submetidos à Análise de Variância (ANOVA). Seguida da análise das médias, por meio do teste de Dunnett a 5% de probabilidade, ou seja, apenas resultados com P<0,05, foram considerados estatisticamente significativos. O teste foi aplicado de duas maneiras: no primeiro caso foi considerado como controle os resultados óbitos com o teor de 0% de carga mineral. No segundo caso, foram analisadas as fibras vegetais (objeto de estudo) em comparação à fibra de vidro (controle).

3. Análise dos resultados 3.1. Resistência à tração

A figura 1 mostra a resistência à tração dos compósitos reforçados com fibras de vidro, sisal, juta e coco, para diferentes teores de carga mineral, adicionados na matriz poliéster.

Composição Componentes Teor (% em massa)

0% carga mineral Resina CaCO3 PMEK

99,0 0,00 1,00


89,0 10,0 1,00


79,0 20,0 1,00


69,0 30,0 1,00

Ensaios Norma Unidade Amostras Testadas Resistência à Tração ASTM D638 MPa Conf. Quadro 02

Alongamento ASTM D638 % Conf. Quadro 02 Módulo de Elasticidade ASTM D638 MPa Conf. Quadro 02 Resistência à Flexão ASTM D790 MPa Conf. Quadro 02 Resistência ao Impacto ASTM D256 kJ/m 2 Conf. Quadro 02

Envelhecimento Artificial ASTM G53 Conf. Quadro 02 Absorção de umidade GME 60.351 % Conf. Quadro 02

Estabilidade dimensional longitudinal GME 60.327 % Conf. Quadro 02


0

5 10

15

20 25

30

35 40

45

0% 10% 20% 30%

Teor de Carga Mineral

Resistênc

ia à Tração (M

Pa)

Fibra de Vidro Fibra de Sisal Fibra de Juta Fibra de Coco

Figura 1 – Resistência à tração.

3.1.1. Reforço de fibra de vidro

De acordo com os resultados, ao considerarmos a ausência de carga mineral como controle estatístico, o compósito reforçado com fibra de vidro apresenta tendência ao aumento significativo da resistência à tração, quando na presença de 10% de carga. A partir desse limite a resistência à tração tende a diminuir à medida que se adiciona carga mineral ao compósito. Entretanto, somente na presença de 30% desta, a resistência, ainda superior, volta a ter equivalência estatística com o controle. Dessa maneira, observase que para a resistência à tração, a adição de carga mineral acarreta efeito positivo ao compósito reforçado com fibras de vidro. É possível observar que, tanto na ausência quanto na presença de carga mineral, o compósito reforçado com fibras de vidro, é superior aos demais compósitos analisados. Assim, concluise que o reforço utilizado no compósito é o principal motivo de sua superioridade. A figura 2 ilustra amostras reforçadas com fibras de vidro, para os teores de 0% e 10% de carga mineral. É possível observar, mesmo não havendo uniformidade das fibras, há melhor interface reforço/matriz no compósito reforçado com 10% de carga mineral, pois se verifica maior destruição na matriz após o ensaio – ocasionada pela extração forçada do reforço na matriz (efeito pull out). Sendo assim, concluise que a adição de carga mineral colabora com uma melhor ancoragem do reforço na matriz, uma vez que na presença desta, até o limite de 20%, constatase um aumento significativo na resistência à tração.


Figura 2 – Fotomicrografias de compósito com 0% e 10 % de carga mineral.

A interface reforço/matriz é fator decisivo para o bom desempenho dos compósitos. É a região onde ocorre a semiose entre os materiais de um compósito, ou seja, onde ambos recebem o código imposto pelo ensaio (força de tração), a interpretam e transmitem, para a outra substância do compósito, o novo signo gerado por essa interpretação. Essa interface apresenta melhor desempenho em compósitos reforçados com fibras de vidro, provavelmente por serem materiais criados e manipulados industrialmente e por possuírem hábitos cristalizados. Hábitos cristalizados, segundo Peirce (2003), possuem maior previsibilidade de conduta, ou seja, a criação desses materiais é direcionada para a obtenção de compósitos, portanto sua conduta (reação), quando exposta a cargas de ensaios, tem maior grau de previsibilidade, manipulada ainda na sua confecção. Essa previsibilidade não acontece facilmente com as fibras vegetais, pois são materiais ainda em processo de formação e desenvolvimento, ou seja, não possuem hábitos cristalizados e, portanto, apresentam um grau de previsibilidade baixo. Isso pode explicar o comportamento distinto para fibras de mesma fonte biológica, porém vindas de localidades distantes. Pois, a interação dessa fonte com seu entorno, infere na composição da planta e conseqüentemente, da fibra, assim inferindo também na sua interpretação às solicitações mecânicas. Dessa maneira, os resultados mostramse condizentes com a teoria de Peirce (1939 – 1914 apud SILVEIRA, 2005) ao discorrer que a mente, geradora da comunicação e interpretação, está em todos os seres. Isso implica nas diversas composições de fibras, dentro de uma mesma espécie, porém em locais distantes no globo.

3.1.2. Reforço de fibra de sisal

Segundo análise estatística, a adição de carga mineral não atua de maneira significativa, no compósito reforçado com fibras de sisal, em relação ao controle (ausência de carga). Verificase tendência à estabilidade da resistência à medida que se adiciona carga mineral ao compósito. Ao considerarmos como controle o compósito reforçado com fibras de vidro, o compósito reforçado com fibras de sisal apresentase significativamente inferior a este, e ao compósito reforçado com fibras de juta. Contudo, não difere estatisticamente do compósito reforçado com fibras de coco. As figuras 3 e 4 ilustram fotomicrografias da seção transversal das amostras reforçadas com fibras de sisal, para os teores de 0% e 10% de carga mineral. É possível verificar que em ambos os casos, não há uniformidade na distribuição das fibras e, após o ensaio, ocorre um descolamento entre reforço e matriz. Assim, podese concluir que a interface reforço/matriz é fraca, pois a ancoragem do reforço na matriz é baixa. Obtémse tal conclusão ao analisarmos que, após o ensaio, não há destruição da matriz (pull out). Deste modo, é possível inferir que a adição de carga mineral, que tem por objetivo o aumento da resistência à tração, é ineficaz para compósitos reforçados com fibras de sisal, pois não colabora com a interface reforço/matriz.


Figura 3 – Fotomicrografia de compósito com 0% de carga mineral.


3.1.3. Reforço de fibra de juta

De acordo com os resultados, o compósito reforçado com fibras de juta apresenta tendência ao aumento, significativo, da resistência à tração, quando na presença de 10% de carga mineral. Na presença de 20% e 30% desta, a resistência tende a diminuir e estabilizarse com o controle (0% de carga). Dessa maneira, observase que a adição de carga mineral, até o teor de 10% desta, acarreta efeito positivo, na resistência à tração, ao compósito reforçado com fibras de juta. Assim, notase que o fenômeno de proporcionalidade, entre o teor de carga mineral e a resistência à tração, verificado no compósito reforçado com fibras de vidro, não ocorre para o compósito reforçado com fibras de juta. Ao lado da fibra de vidro, a fibra de juta, apresentase significativamente superior, na resistência à tração, às fibras de sisal e coco. As figuras 5 e 6 ilustram fotomicrografias da seção transversal das amostras reforçadas com fibra de juta, para os teores de 0% e 10% de carga mineral. É possível verificar que em ambos os casos, há uniformidade na distribuição das fibras, uma vez que as mesmas são tecidas, em cordas, para a confecção das mantas. Após o ensaio, ocorre o descolamento entre reforço e matriz, e verificase que as cordas de fibra se rompem em diferentes localizações; na periferia, que permanece ancorada à matriz polimérica e no centro, que não possui interface com a matriz, devido à confecção da manta em cordas de fibras. Desse modo, a matriz não alcança o interior das cordas. Apenas nos compósitos reforçados com fibras de sisal e coco, agulhadas de maneira individual (não tecidas), obtémse total molhagem e/ou cobertura, do reforço pela matriz. É possível verificar, que após o ensaio, ocorre maior rompimento da matriz para o compósito reforçado com 10% de carga mineral, mesmo efeito verificado para o compósito reforçado com fibra de vidro. Sendo assim, notase melhora na interface refroço/matriz, à medida que se adiciona carga ao compósito.




3.1.4. Reforço de fibra de coco

Conforme resultados, a adição de carga mineral não atua de maneira significativa, na resistência à tração, no compósito reforçado com fibras de coco. Pois, assim como no compósito reforçado com fibras de sisal, não há mudança significativa, em relação ao controle. Observase, contudo, tendência ao aumento da resistência à medida que se adiciona carga mineral ao compósito. No entanto, tal aumento não é estatisticamente significativo. Dessa maneira, podese dizer que o comportamento do compósito reforçado com fibras de coco, no ensaio de tração, é análogo ao comportamento encontrado no compósito reforçado com fibras de sisal, para o mesmo ensaio. Ao se considerar como controle, o compósito reforçado com fibras de vidro, o compósito reforçado com fibras de coco é significativamente inferior, na resistência à tração, na ausência e/ou na presença de carga mineral. Enfatizando assim, o aparecimento do grupo formado por compósitos reforçados com fibras não alinhadas. As figuras 7 e 8 ilustram fotomicrografias da seção transversal das amostras reforçadas com fibra de coco, para os teores de 0% e 10% de carga mineral, onde se observa que em ambos os casos, não ocorre uniformidade na distribuição das fibras. Ao analisar, após o ensaio, a não destruição da matriz, ocasionada pelo desprendimento do reforço, é possível verificar a ocorrência do total descolamento entre reforço e matriz, sem o aparecimento do efeito pull out. Podese concluir que a interface entre os componentes do compósito é considerada fraca, pois a ancoragem do reforço na matriz é baixa. Tal fenômeno ocorre, nitidamente, no compósito reforçado com fibras de coco, devido à oleosidade superficial das fibras, que dificulta sua ancoragem na matriz. Assim, a adição de carga mineral, não possui efeito positivo no compósito reforçado com fibras de coco, pois não colabora com a interface reforço/matriz. Sendo assim, sua adição no compósito é considerada ineficaz e, fazse necessário um prévio tratamento superficial das fibras, para aumentar sua ancoragem na matriz e, conseqüentemente, favorecer o aumento da resistência à tração do compósito.




3.1.5. Módulo de elasticidade e alongamento

As figuras 9 e 10 mostram o módulo de elasticidade dos compósitos reforçados com fibras de vidro, sisal, juta e coco, para diferentes teores de carga mineral, adicionadas à matriz polimérica.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0% 10% 20% 30%


Mód

ulo de Elasticidade

(MPa)


Figura 9 – Módulo de Elasticidade.

0,0000

0,5000

1,0000

1,5000

2,0000

2,5000

0% 10% 20% 30%


Along

amento (%

)



Figura 10– Alongamento.

3.2. Resistência à flexão

A figura 11 mostra a resistência à flexão dos compósitos reforçados com fibras de vidro, sisal, juta e coco, para diferentes teores de carga mineral, adicionados na matriz poliéster. Para a resistência à flexão, foram obtidos resultados equivalentes à resistência à tração, evidenciando a superioridade da fibra de vidro, seguido da fibra de juta.

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0% 10% 20% 30%


Resistência à Flexão (N)

Fibra de Vidro Fibra de Sisal Fibra De Juta Fibra de Coco

Figura 11 – Resistência à Flexão.

3.3. Resistência ao impacto

A figura 12 mostra a resistência ao impacto dos compósitos reforçados com fibras de vidro, sisal, juta e coco, para diferentes teores de carga mineral, adicionados na matriz poliéster.

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

0% 10% 20% 30%


Resistência ao Im

pacto (J/m

)


Figura 12 – Resistência ao impacto. 3.3.1. Reforço de fibra de vidro

De acordo com os resultados e comparado ao controle estatístico de 0% de carga mineral, o compósito reforçado com fibra de vidro apresenta tendência ao aumento, não significativo, da resistência ao impacto quando na presença de 10% de carga. A medida em que se adiciona carga ao compósito, a resistência diminui, entretanto, os valores diminutos não apresentam diferença significativa ao controle. Assim, devido a não ocorrência de qualquer efeito significativo ao compósito, pode se dizer que na presença de carga, o compósito tende à estabilidade da resistência ao impacto, uma vez que não necessita de maior consumo de energia para ocasionar sua ruptura. Dessa maneira, observase que a adição de carga mineral não favorece a absorção de energia do compósito reforçado com fibra de vidro. Vale lembrar que os resultados encontrados, devido a alta


dispersão dos dados, apresentaram P>0,05, portanto acima do considerado como estatisticamente significativo (5% de probabilidade). As figuras 13 e 14 ilustram fotomicrografias da seção transversal das amostras reforçadas com fibra de vidro, para os teores de 0% e 10% de carga mineral. Verificase que após o ensaio ocorre uma nítida destruição da matriz, ocasionada pelo arrancamento do reforço, tal fenômeno é encontrado de maneira semelhante nos ensaios de tração e flexão. Sendo assim, apesar de não ser possível averiguar com efetiva precisão a interface matriz/reforço, podese concluir que a mesma é considerada forte, pois, conforme observado no efeito pull out, a ancoragem do reforço na matriz é alta. Do mesmo modo, concluise que a adição de carga mineral não favorece uma melhor ancoragem do reforço na matriz, uma vez que sua adição ao compósito não ocasiona um aumento significativo na resistência ao impacto, não colaborando com o aumento da absorção de energia do material.




Segundo análise estatística, verificase que na presença de carga mineral o compósito apresenta tendência à diminuição da resistência ao impacto. Entretanto, não apresentando diferença significativa em relação ao controle. Desse modo, podese inferir que apesar da queda, o compósito reforçado com fibras de sisal apresenta, após a adição de carga mineral, estabilidade na resistência ao impacto. Assim, concluise que a carga desfavorece a interface reforço/matriz, devido a menor energia absorvida no impacto, e sua adição se faz prejudicial ao compósito. As figuras 15 e 16 ilustram fotomicrografias da seção transversal das amostras reforçadas com fibra de sisal, para os teores de 0% e 10% de carga mineral. Podese observar que em ambos os casos, não há uniformidade na distribuição das fibras, devido a agulhagem das mantas e, há o descolamento entre reforço e matriz. Assim como nos ensaios anteriores, tal conclusão pode ser obtida ao analisarmos a não destruição da matriz, ocasionada pelo efeito pull out. Assim, confirmase a fraca interface reforço/matriz, também encontrada nos demais ensaios e é possível inferir que a adição de


carga mineral, não possui efeito significativo no compósito reforçado com fibras de sisal pois não colabora com a interface reforço/matriz.




Os resultados encontrados, no compósito reforçado com fibras de juta, de modo geral apresentam tendência à diminuição da resistência ao impacto à medida que se adiciona carga mineral ao compósito. O teor de 10% desta, apresentase como o limite do aumento da resistência ao impacto, contudo tal aumento não difere significativamente do controle. Portanto, o compósito, até esse limite, mostrase estável. A partir deste limite, a resistência apresenta rápida diminuição e, ao atingir 30% de carga mineral no compósito, a capacidade de absorção de energia do compósito, atinge diferença estatisticamente significativa ao controle. Dessa maneira, observase que a adição de carga mineral ao compósito acarreta efeito negativo na absorção de energia do material quando submetido ao impacto. À medida que se aumenta o teor de carga no compósito a interface reforço/matriz é desfavorecida. As figuras 17 e 18 ilustram fotomicrografias da seção transversal das amostras reforçadas com fibra de juta, para os teores de 0% e 10% de carga mineral. Em ambos os casos, encontramse fenômenos semelhantes aos encontrados nos ensaios de tração e flexão; uniformidade na distribuição das fibras, descolamento entre reforço e matriz e o rompimento das cordas de fibras em diferentes localizações (periferia e centro das cordas).





De acordo com os resultados, o compósito reforçado com fibras de coco apresenta tendência ao aumento da resistência ao impacto à medida que se adiciona carga mineral. Contudo, tal efeito não atua de maneira significativa no compósito. As figuras 19 e 20 ilustram fotomicrografias da seção transversal das amostras reforçadas com fibra de coco, para os teores de 0% e 10% de carga mineral, onde se observam os mesmos fenômenos encontrados nos ensaios de tração e flexão, para o mesmo compósito, devido à fraca interface reforço/matriz, ocasionada pela presença de oleosidade superficial nas fibras. Dessa maneira, a adição de carga mineral, não favorece a interface reforço/matriz.




3.4. Envelhecimento artificial

De modo geral, o compósito reforçado com fibras de vidro, apresenta superioridade aos compósitos reforçados com fibras vegetais, pois, apresenta menor degradação superficial após submissão ao ensaio, seguido pelo compósito reforçado com fibras de juta. Todas as amostras foram fotografadas nas mesmas condições de iluminação e distância e para melhor visualização dos resultados, sofreram tratamento digital.

3.4.1. Reforço de fibra de vidro

A figura 21 mostra amostras reforçadas com fibras de vidro, antes e após e 1175 horas de ensaio, respectivamente, na ausência e na presença de 20% carga mineral. Verificase que, depois de completado o ensaio, não há afloramento do reforço na superfície do compósito, porém observase a degradação parcial do gel coat. De acordo com a figura, não é possível notar atuação da presença de carga mineral no compósito, pois ambas amostras não apresentam diferença visual.

Figura 21 – Envelhecimento artificial nos teores de 0% e 20% de carga mineral, respectivamente.


A figura 22 mostra amostras reforçadas com fibras de sisal, antes e após 1175 horas de ensaio, respectivamente, na ausência e na presença de 20% carga mineral. É possível observar que há o afloramento das fibras na superfície do compósito, protegida pelo gel coat, em todas os períodos de exposição. Contudo, o mesmo não ocorre antes da realização do ensaio. Do mesmo modo, o fenômeno ocorrido, não apresenta aumento à medida que se prolonga o tempo de exposição ao envelhecimento. Podese dizer que o afloramento das fibras ocorre devido à absorção de umidade ocorrida, durante a exposição ao ensaio. De acordo com a figura, não se verifica relação da carga mineral no afloramento do reforço, pois as amostras não apresentam diferença visual.


Figura 22 – Envelhecimento Artificial nos teores de 0% e 20% de carga mineral, respectivamente.


A figura 23 mostra amostras reforçadas com fibras de juta, antes e após 1175 horas de ensaio, respectivamente, na ausência e na presença de 20% carga mineral. É possível observar que há o afloramento das fibras na superfície do compósito, protegida pelo gel coat, antes e após a exposição ao envelhecimento. Observase que o fenômeno ocorrido decorre do alinhamento das fibras em cordas, pois, suas silhuetas são visíveis na superfície do compósito, devido o preenchimento da matriz, nos espaços vazios entre essas cordas. Conforme a imagem, podese dizer que não é possível verificar aumento no afloramento das fibras, desse modo, podese concluir que o alinhamento é o principal motivo do acabamento superficial do compósito, conhecido como “casca de laranja”. Portanto, concluise que para os compósitos reforçados com fibras de juta agulhadas em cordas, necessita pintura posterior, a fim de prover melhor acabamento superficial do compósito e eliminar o efeito “casca de laranja”. De acordo com a figura, não se verifica relação da carga mineral no afloramento do reforço, pois ambas amostras não apresentam diferença visual.




A figura 24 mostra amostras reforçadas com fibras de coco, antes e após 1175 horas de ensaio, respectivamente, na ausência e na presença de 20% carga mineral. É possível observar que, as amostras não submetidas ao ensaio, não apresentaram afloramento das fibras na superfície do compósito, porém após a exposição e em todas as etapas do envelhecimento, todas as amostras apresentaram o efeito “casca de laranja”. Podese dizer que o afloramento das fibras, devido à absorção de umidade, é mais proeminente para os compósitos reforçados com fibras não alinhadas. De acordo com a figura, não é possível observar qualquer efeito da carga mineral no compósito, quando submetido ao envelhecimento artificial.


3.5. Absorção de umidade

A figura 25 ilustra a absorção de umidade dos compósitos reforçados com fibras de vidro, sisal, juta e coco, para diferentes teores de carga mineral, adicionados na matriz poliéster.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

0% 10% 20% 30%


Abs

orção de umidad

e (%

)

Fibra de Vidro Fibra de Sisal Fibra de Juta fibra de Coco

Figura 25 – Absorção de umidade.

De acordo com os resultados, o compósito reforçado com fibras de vidro, na ausência ou na presença de carga mineral possui, visivelmente, absorção inferior aos compósitos reforçados com fibras vegetais, isso enfatiza os resultados encontrados para o envelhecimento artificial, pois comprova sua durabilidade quanto ao acabamento superficial. Dentre estas, os compósitos reforçados com fibras de sisal e coco, apresentam menor absorção quando comparados ao compósito reforçado com fibras de juta.


A adição de carga mineral no compósito reforçado com fibras de juta é benéfica, pois reduz consideravelmente a absorção de umidade desta e, na presença de 30% desta, é verificada absorção de umidade equivalente à fibra de vidro. Verificamse diferentes comportamentos de absorção para fibras alinhadas e não alinhadas, contudo, não é possível relacionar tal alinhamento à capacidade de absorção dos compósitos. A adição de carga mineral é variável importante devido sua atuação na interface reforço/matriz. Porém, ao se considerar como controle o tipo de reforço utilizado na confecção do compósito, verificase a nítida superioridade da fibra de vidro, comparada às fibras vegetais.

3.6. Estabilidade dimensional longitudinal

A figura 26 ilustra a estabilidade dimensional longitudinal dos compósitos reforçados com fibras de vidro, sisal, juta e coco, para diferentes teores de carga mineral, adicionados na matriz poliéster.

1

0,5

0

0,5

1

1,5

0% 10% 20% 30%


Estab

ilida

de Dim

ension

al

Long

itudina

l (%)


Figura 26 – Estabilidade Dimensional Longitudinal.

De acordo com os resultados, o compósito reforçado com fibras de vidro, na ausência ou na presença de carga mineral possui, visivelmente, melhor estabilidade dimensional comparada aos compósitos reforçados com fibras vegetais. Esse efeito é devido à sua menor absorção de umidade, constatado no ensaio anterior. Dentre as fibras vegetais, o compósito reforçado com fibras de sisal, na ausência de carga, possui maior estabilidade entre todos os compósitos pesquisados, seguido pelo compósito reforçado com fibras de vidro. Ao considerarmos a ausência de carga mineral como controle, percebese maior atuação desta nos compósitos reforçados com fibras vegetais. O compósito reforçado com fibras de vidro apresenta tendência à estabilidade dimensional, condizente com a absorção de umidade e comprova sua durabilidade quanto ao acabamento superficial, verificada no envelhecimento artificial. A adição de carga mineral colabora com a absorção de umidade, ocasionada por sua atuação na interface reforço/matriz. Podese dizer então que, quanto melhor a interface reforço/matriz, menor será a instabilidade do compósito.

4. Conclusão

As conclusões a seguir são relacionadas somente às análises de conteúdo pragmático e, são válidas somente para os parâmetros utilizados neste trabalho. Portanto, a alteração desses parâmetros altera diretamente os resultados e, conseqüentemente, as conclusões. Contudo, vale enfatizar que esta pesquisa ilustra que o trabalho do profissional de design pode, e deve, romper os limites estéticos de um objeto. A variável ambiental, contextualizada na atualidade do tema “Desenvolvimento


Sustentável”, fazse necessária no desenvolvimento de produtos e/ou serviços, seja na criação de materiais com baixo impacto ambiental, seja na criação de novos hábitos sociais. Os materiais, enquanto interface homemobjeto, evidência física do produto e suporte de toda carga emotiva, funcional e lógica de determinado objeto, são ferramentas fundamentais na a criação de novos hábitos de percepção e cognição do meio. Conseqüentemente, auxiliam na criação de novos hábitos de consumo, por meio da educação voltada à racionalidade ecológica. No entanto, somente os materiais não solucionam o problema da questão ambiental, este deve ser pensado de maneira holística ou ainda, de maneira emergente, onde o sistema se autoorganiza via conscientização local, dessa maneira é possível emergir um padrão global e eficiente de sustentabilidade.

4.1. Resistência à tração, à flexão, módulo de elasticidade e alongamento

Conforme os resultados, a utilização de fibras vegetais como reforço na confecção de compósitos acarreta, de modo geral, a diminuição da resistência à tração, quando comparada ao reforço de fibra de vidro. A adição de carga mineral é considerada positiva, pois beneficia a interface reforço/matriz e acarreta o aumento do módulo de elasticidade, porém favorece a diminuição do alongamento. Tal fenômeno é significativo somente para compósitos reforçados com fibras alinhadas. Observase que os resultados obtidos mostram equivalência entre os compósitos reforçados com fibras de vidro e juta, sendo assim, essa fibra vegetal mostrase adequada para a substituição da fibra de vidro, sem acarretar prejuízo na resistência à tração. O alinhamento das fibras apresentouse como fator fundamental para o bom desempenho do compósito, porém não apresenta relação direta com seu alongamento, pois esta característica está diretamente relacionada com o reforço utilizado. As conclusões obtidas para a resistência à tração são válidas para a resistência à flexão.

4.2. Resistência ao impacto

As amostras reforçadas com fibras vegetais são equivalentes entre si, porém significativamente inferiores à amostra reforçada com fibras de vidro. O alinhamento das fibras não apresenta relação com o aumento de energia necessária para a ruptura do compósito e, a adição de carga mineral atua, de maneira significativa, somente nas amostras de sisal e juta. Tal fenômeno não ocorre nas amostras reforçadas com fibras de coco devido à fraca interface reforço/matriz, ocasionada pela oleosidade natural dessa fibra. Desse modo, a resistência ao impacto mostrou ser o principal limitante à substituição da fibra de vidro por fibras vegetais, principalmente, quando na confecção de componentes com aplicações externas. Pois, nenhuma das fibras vegetais pesquisadas, apresentou condições de substituir a fibra de vidro na confecção de compósitos, sem comprometer o produto final. Assim, fazse necessário maior compreensão da interface reforço/matriz.

4.3. Envelhecimento artificial

O acabamento superficial encontrado nas amostras reforçadas com fibras vegetais foram inferiores aos encontrados nas amostras reforçadas com fibras de vidro. O alinhamento das fibras colaborou para a diminuição do efeito “casca de laranja” na superfície das amostras e, a presença de carga mineral não apresenta efeito positivo no acabamento superficial dos compósitos, quando comparado aos compósitos sem carga. A utilização de compósitos reforçados com fibras vegetais em peças e/ou componentes que exigem bom acabamento superficial, é considerada inviável para aplicações nas quais as peças estarão expostas à ação de umidade e calor. A fim de diminuir a degradação superficial dos compósitos recomendase a posterior pintura do produto ou sua utilização apenas em componentes onde não são exigidas superfícies polidas.


Fazse necessária melhor compreensão da interface reforço/matriz, para o desenvolvimento de novas tecnologias de acabamento superficial desses compósitos.

4.4. Absorção de umidade e estabilidade dimensional longitudinal

Os resultados obtidos na absorção de umidade estão condizentes com o envelhecimento artificial e mostram que as fibras vegetais possuem maior absorção de umidade, se comparado à fibra de vidro. A adição de carga mineral apresentase como um aditivo fundamental para a diminuição desse efeito degenerativo. Para a estabilidade dimensional longitudinal, o compósito reforçado com fibras de vidro, diferente dos compósitos reforçados com fibras vegetais, apresenta resultado condizente com a absorção de umidade e possui melhor estabilidade dimensional quando comparado às fibras vegetais. A baixa estabilidade dimensional apresentada pelas fibras vegetais é, para componentes que exigem precisão em montagens, fator limitante para a produção de peças. Assim, é necessário maior estudo sobre o processo de isolamento do reforço vegetal.

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