edição n° 06 - agosto 2008 - informativo dos...

SPE Brasil – Society of Plastics Engineers - Newsletter - Agosto de 2008 Pag.1

Edição N° 06 - Agosto 2008 - Informativo dos Associados da SPE Seção Brasil

Gestão da SPE Brasil Presidente

Moacyr Brotto Jr Empresa: Uniplen

[email protected]

Vice-Presidente Mariano A Bacellar Netto

Empresa: IQB [email protected]

Tesoureiro Julio Harada Empresa: BASF

[email protected]

Secretário (1º gestão) Fernando José Novaes

Empresa:Polilab Consultoria [email protected]

Secretária (2ºgestão) Angela M Brighenti

[email protected]

Expediente e correspondência

[email protected]

Nesta Edição

Eventos Internacionais e Nacionais

Artigo Técnico

FIBRAS VEGETAIS COMO AGENTE DE REFORÇO

Caros amigos da SPE,

Pedimos desculpas por não termos dado notícias sobre a Associação no primeiro semestre de 2008. Além da falta de experiência do editor temporário, nossa secretária Ângela, que estava preparando uma contribuição sobre o resultado da enquete ”Motivação de ser associado da SPE”, teve se afastar por motivos de saúde.

Outros colaboradores, com os quais sempre contamos, devido à sobrecarga na profissão, não puderam contribuir, como resultado dessa situação, a edição com convite e informações sobre a ANTEC 2008, atrasou tanto que o Congresso já estava em curso quando a edição ficou pronta, preferimos então adiar a nova emissão para o segundo semestre.

Após relatar esta situação pouco animadora, temos duas boas notícias. A primeira é sobre o cadastro da Associação. Graças à persistência do Júlio Harada junto com o nosso advogado, superamos os obstáculos burocráticos criados pelos cartórios, e onseguimos o recadastramento da SPE Brasil com o estatuto revisado de acordo com o novo código civil.

Associados interessados em receber uma cópia do Estatuto podem solicitá-lo através do email [email protected], a segunda notícia é a que conseguimos, novamente com o apoio do Júlio Harada, contar com os serviços da Fátima Cordebello, já conhecida por muito dos nossos associados como excelente organizadora, administradora de eventos, seminários, cursos e publicações. Assim esperamos retomar as atividades nesta área promovendo um seminário técnico em outubro/novembro e cursos para atualizar os conhecimentos técnicos da comunidade de plásticos do Brasil.

Também esperamos voltar a ter reuniões regulares para a troca de informações e experiência entre os associados. Mesmo faltando uma análise detalhada sobre a enquete “Motivação de ser associado da SPE” gostaríamos de destacar os resultados principais que não são muito diferentes dos resultados recebidos pela SPE International na pesquisa mundial.

A duas razões principais dos associados mundiais foram: Ter acesso à informações técnicas, práticas e teóricas na área profissional; ter a possibilidade de criar e manter contatos profissionais na área de atuação (networking).

Os associados brasileiros destacaram certas dificuldades financeiras que impedem participação mais ativa, mas indicaram o acesso à informações técnicas como um fator importantíssimo valorizaram o contato entre profissionais da sua área de atividade.

É isso, bem vindo e boa leitura, qualquer manifestação para colaborar, criticar, enviar artigos, etc., será bem vinda e calorosamente recebida.

Saudações

Ernst Spieth


EVENTOS INTERNACIONAIS

SPE Announces 8th Annual Automotive Composites Conference & Exhibition

Society of Plastics Engineers and other SPE events, visit the SPE website,

Minneapolis Convention Center Hilton Minneapolis Hotel

September 20-23 Minneapolis, Minnesota, USA


EVENTOS NACIONAIS


ARTIGO TÉCNICO

USO DE FIBRAS VEGETAIS COMO AGENTE DE RERFORÇO

PARA TERMOPLÁSTICOS

Paulo Aparecido dos Santos e João Carlos Girioli

1. INTRODUÇÃO

O uso de matérias-primas de fontes renováveis vem sendo objeto de muitos estudos e pesquisas recentes, devido ao seu potencial na substituição de derivados petroquímicos. Por serem materiais considerados “ecologicamente corretos” compósitos com fibras vegetais tem-se mostrado uma alternativa viável na substituição de polímeros reforçados com fibra de vidro e outras cargas em muitas aplicações. Um fator importante que favorece o emprego de fibras vegetais como insumos renováveis é o crescente significado que vem assumindo a perspectiva de economia de energia por meio da redução de peso dos componentes, bem como os aspectos ligados à recuperação das matérias-primas e reaproveitamento de materiais no final do ciclo de vida do produto.

Além disso, diversas fibras vegetais são produzidas em praticamente todos os países e agregam um caráter social no seu cultivo. No Brasil, especialmente, a produção de fibras de coco, Sisal e Curauá são feitas por comunidades carentes nos estados do Norte e Nordeste. Por ser um país com recursos naturais disponíveis, áreas para plantio e variadas espécies de planta, o Brasil pode assumir a liderança no desenvolvimento destes materiais.

O emprego de fibras vegetais para o reforço de resinas plásticas não é novo. Já no início do século XX eram usadas resinas de fenol-formaldeido e melamina-formaldeido reforçadas com papel ou algodão devido às suas boas características isolantes, sobretudo na área eletrotécnica. Aplicações na indústria automotiva já podiam ser encontradas na década de 60, quando foram usadas fibras de coco na fabricação de assentos para veículos, e compostos de PP com farinha de madeira, moldado por compressão como substratos para interiores de automóveis.

Na década de 90 surgiram compostos de PE com fibras vegetais, para substituir madeira em “decks” de piscina, mourões de cerca e mesas de parques; e compostos a base de PVC com Na década de 90 surgiram compostos de PE com fibras vegetais, para substituir madeira em “decks” de piscina, mourões de cerca e mesas de parques; e compostos a base de PVC com farinha de madeira para perfis de janelas e portas. A indústria náutica tornou-se o maior mercado para esses materiais nos EUA [1].


Contudo, houve preferência pelas fibras sintéticas como as de vidro e cargas minerais, para o papel de materiais de reforço com alto desempenho, devido às fibras vegetais possuírem grande volume livre (baixa densidade), baixa estabilidade térmica e alta absorção de umidade. Os componedores tinham dificuldade em alimentar eficientemente as fibras volumosas numa pequena abertura típica das extrusoras que processam carga mineral ou fibra de vidro. Além disso, as temperaturas de processamento, mesmo para os plásticos com baixo ponto de fusão, eram geralmente muito altas para incorporar as fibras vegetais sem degradá-las. O alto teor de umidade das fibras vegetais também representava um grande problema para os processadores, acostumados a trabalhar com materiais de no máximo 1-2 % de umidade. Mesmo as extrusoras com degasagem eram ineficientes para retirar 508% de umidade das fibras vegetais. Assim, havia a necessidade de secagem prévia em estufas mais eficientes do que as normalmente usadas para os termoplásticos. [1]

Entretanto, nesta década, o interesse pelas fibras vegetais como material de reforço aumentou novamente. Particularmente na indústria automotiva multiplicaram-se as aplicações de resinas plásticas reforçadas com fibras vegetais não só em componentes estruturais, mas também para elevar o conforto e atuar como elemento de acabamento.

Podem-se destacar como principais vantagens do uso de fibras vegetais nos polímeros: são provenientes de fontes renováveis o que, em princípio, corresponde a uma fonte inesgotável; são produtos biodegradáveis, característica crucial para componentes que após esgotar a sua vida útil devem ser descartados; são materiais recicláveis, pois podem ser facilmente convertidos em energia térmica através da combustão em fornos ou caldeiras sem deixar resíduos, com menos poluição e com adicional crédito de carbono; representam uma nova fonte de renda para população rural, principalmente nos países pobres; e trazem economia de energia por meio da redução do peso dos componentes (menor densidade).

2. CARACTERÍSTICA DAS FIBRAS VEGETAIS

O componente principal das fibras vegetais é a celulose. A unidade elementar da macro-molécula da celulose (Fig. 1) é a anidro-d-glicose, que contém três radicais hidroxilas (-OH). Estas hidroxilas formam ligações de hidrogênio dentro das moléculas (intra-moleculares) e entre outras moléculas de celulose (inter-moleculares), bem como com outros grupos hidroxila do ar. Portanto, todas as fibras vegetais são hidrofílicas, isto é, absorvem água numa faixa de 8-12 %.[2]


Figura 1: Macromolécula de celulose.

Outra característica importante das fibras vegetais é seu grau de polimerização. As moléculas de cada fibra diferem neste aspecto e, conseqüentemente, as fibras são uma mistura complexa da série homóloga (C6H10O5) n. Fibras da entrecasca das plantas normalmente apresentam o maior grau de polimerização (aproximadamente 10.000). As fibrilas das macro-moléculas da celulose formam espirais ao longo do eixo das fibras. A resistência e rigidez do cânhamo, rami e juta correlacionam-se com o ângulo entre esse eixo e a fibrila da fibra. Quanto menor esse ângulo, maior as propriedades mecânicas. [2]

A celulose contém diferentes substâncias naturais, sendo que as mais importantes são a lignina e ceras diversas. Observações feitas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelam que as fibras vegetais são constituídas por um feixe de fibrilas simples cobertas e coladas pela lignina (Fig. 2). Assim, a lignina influencia a estrutura, propriedades e morfologia das fibras vegetais. As ceras podem ser eliminadas por extração com solventes orgânicos. Elas são responsáveis pelas características de molhabilidade e adesão das fibras.[3]

a)

Monofilamento

Microfibrila

Lignina

Estrututa de feixes

b)

Figura 2

a) modelo estrutura da fibra vegetal

b) micrografia obtida por MEV da superfície da fibra de Curauá


3. A FIBRA DE CURAUÁ

Dentre as fibras vegetais com potencial de aplicação na área de polímeros reforçados destaca-se o Curauá, que por suas propriedades mecânicas, tem recebido recentemente atenção especial dos pesquisadores. O Curauá é uma planta da família das bromeliáceas, cultivada na região Amazônica, particularmente no Estado do Pará.

Suas folhas, que chegam a 1,5m de comprimento e 4,0 cm de largura, são duras, eretas e planas (Fig. 3). [4]

A fibra extraída de suas folhas possui alta resistência mecânica, superior a de seus concorrentes tradicionais como o sisal, juta e linho. Sua composição é mostrada na Tabela 1. a seguir.

Composição Curauá

Celulose 74 %

Hemicelulose 11 %

Holocelulose 84 %

Lignina 7 %

Umidade 8 %

Teor de Cinzas 1 %

Figura 3: a) planta de Curauá; b) fibra de Curauá [4]


A Figura 4 mostra o módulo de diferentes fibras vegetais comparado à de vidro. Como se nota, considerando-se o módulo específico ( em função da densidade ), o Curauá é uma das que mais se sobressai. Com base nisso, os compósitos com fibra de Curauá podem apresentar uma redução de peso de até 15% em comparação com os materiais reforçados com fibras de vidro.

Figura 4: Comparação do módulo de tração de fibras vegetais com a fibra de vidro

4. PROPRIEDADES DOS COMPÓSITOS COM FIBRAS VEGETAIS

A adição de fibras vegetais aos termoplásticos no mínimo mantém as propriedades dos polímeros puros. Geralmente provoca um aumento na rigidez do compósito, tornando-o, porém, mais frágil. Entretanto, essa menor elasticidade ainda é superior a compósitos que usam carga mineral como, por exemplo, o talco. A estabilidade à luz é uma preocupação, pois estes compósitos tendem a clarear com o tempo e precisam ser bem estabilizados e pigmentados para reduzir este efeito. Além do tamanho e conteúdo, o tipo de fibra utilizada tem grande influência nas propriedades dos compósitos Fibras mais duras, por exemplo, geralmente aumentam a rigidez e resistência, mas induzem uma coloração mais escura ao produto final.[5]

A SABIC Innovative Plastics desenvolveu uma linha de produtos baseada no uso de fibras vegetais em compósitos termoplásticos.


Um desses compósitos, o Thermocomp MX07442 (PP reforçado com 30% de farinha de madeira) é indicado para substituição de madeira, pois tem aparência semelhante a esta, mas com maior resistência a fungos e maior estabilidade dimensional, evitando à absorção de umidade mais lenta e menor. A Tabela 2 mostra um comparativo deste produto com PP sem e com reforço ou carga. Como pode ser observado, o MX07442 apresenta propriedades superiores ao PP sem reforço, densidade inferior ao PP com 30% de talco e resistência e módulo de flexão superior a este. Também apresenta resistência ao impacto semelhante e densidade menor quando comparado ao PP com 30% de fibra de vidro.

Tabela 2: Valores comparativos de Thermocomp MX07442 com PP sem

reforço e PP reforçado com 30% de fibra de vidro (FV) ou talco (CM)

Propriedade PP MX07442 PP+30%FV PP+30%CM

Densidade ( g/cm3 ) 0,91 1,04 1,13 1,15

Resistência à tração ( MPa ) 19 28 65 25

Módulo de elasticidade (GPa ) 1,4 2,3 4,5 2,2

Alongamento à ruptura (%) 50 2,5 3 5

Resistência ao Impacto Izod

(KJ/m2)

5 9 9,5 8

Resistência à flexão (Mpa) 50 78 115 65

Módulo de flexão (GPa) 1,3 2,8 4,8 1,7

Outro produto da família Thermocomp(R) recentemente desenvolvido pela SABIC Innovative

Plastics é o PX07444, que é um compósito de PA-6 reforçada com 20% de fibra de Curauá. A

Tabela 3 mostra um comparativo de propriedades do PX07444 com a PA-6 sem e com reforço ou

carga. Como pode ser observado as propriedades de tração e flexão do PX07444 são melhores

que as da PA-6 sem reforço; porém inferiores às da PA-6 reforçada com fibra de vidro. Em

comparação com a PA-6 reforçada com 20% de talco, o compósito apresenta maior resistência à

tração, menor módulo de tração e igual resistência ao impacto Izod com entalhe. Sua densidade

é menor do que a PA-6 reforçada com talco ou com fibra de vidro e seu HDT é maior que o da

PA-6 sem reforço ou reforçada com talco, e comparável ao da PA-6 reforçada com fibra de vidro.


Tabela 3: Valores comparativos de Thermocomp PX07444 com PA-6 sem

reforço e PA-6 reforçado com 20% de fibra de vidro (FV) ou talco (CM)

Propriedade PA6 PX07444 PA6+20%FV PA6+20%CM

Densidade ( g/cm3 ) 1,14 1,18 1,27 1,27

Resistência à tração ( MPa ) 63 83 101 73

Módulo de tração (GPa ) 1,4 5,5 6,5 6,5

Alongamento à ruptura (%) >60 3 3 6

Resistência ao Impacto Izod

(KJ/m2) 10 9 9 9

Resistência à flexão (Mpa) 95 115 160 115

HDT @ 1.82 MPa (ºC) 57 186 194 110

A Figura 5 mostra um comparativo de resistência e módulo de tração específicos, isto é, em função da densidade de cada produto. Levando em consideração este fator, nota-se que os resultados do PX07444 ficam bem mais próximos aos da PA-6 reforçada com fibra de vidro, podendo viabilizar a substituição desta em aplicações específicas, como peças do interior de automóveis e carcaças de ferramentas elétricas.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Re

sis

tên

cia

à t

raç

ão

(M

Pa

.cm

3/g

)

PA6+20% FV PMX-P PA6+20% CM 0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

Mó

du

lo e

m t

raç

ão

(

Gp

a.c

m3/g

)

PA6+20% FV PMX-P PA6+20% CM

Figura 5: Comparação da resistência e módulo de tração específicos (em função da densidade)

do Thermocomp PX07444 com PA-6 reforçada com 20% fibra de vidro ou talco.


5. CONCLUSÕES

O desenvolvimento de compósitos com fibras vegetais está apenas começando. Embora os aspectos ecológicos destas fibras tenham sido a razão principal para serem consideradas em produtos industriais, os trabalhos atuais e futuros deverão enfocar as propriedades tecnológicas específicas e as vantagens de cada planta. O desafio é aumentar a performance destes compósitos para reduzir o “gap” em relação aos produtos sintéticos. O cultivo de fibras especialmente para aplicações industriais, desenvolvimento contínuo de métodos de tratamento destas fibras, novas técnicas de processamento e, principalmente a otimização da adesão na interface fibra-matriz, irão trazer melhoria significativa para as propriedades destes compósitos. Esta melhor performance irá viabilizar a substituição de fibras de vidro e cargas minerais em um grande número de aplicações nos diversos ramos da indústria.

6. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem os professores Dr. Marco-A De Paoli e Dra. Márcia A. S. Spinacé da Unicamp pelo importante suporte técnico neste trabalho e a Pematec Triangel do Brasil pelas informações sobre a planta de Curauá.

7. BIBLIOGRAFIA

1) C Clemons, “Wood-Plastic Composites in the United States: The Interfacing of Two Industries”, J. Forest Products, 52 (2002) 10-18.

2) A K Bledzki, S Reihmane, J Gassan, "Properties and Modification Methods for Vegetable Fibers for Natural Fiber Composittes", J. Appl. Polym. Sci., 59 (1996) 1329-1336.

3) A Gomes, K Goda, J Ohgi “Effects of alkali treatment to reinforcement on tensile properties of curaua fiber green composites” JSME International Journal Series A 47 (2004) 541-546.

4) Pematec Triangel do Brasil Ltda. http://www.pematec.com.br

5) P Wambua, J Ivens, I Verpoest, “Natural fibres: can they replace glass in fibre reinforced plastics?”, Comp. Sci. Technol., 63 (2003) 1259-1264.


Empresas que auxiliam a SPE com patrocínio

edição n° 06 - agosto 2008 - informativo dos...

Documents