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MIGUEL DA FONSECA AMARAL RIBEIRO
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Márcio Silva Alencastre
1 MIGUEL DA FONSECA AMARAL RIBEIRO DESENVOLVIMENTO DE PLACA DE SINALIZAÇÃO EM PLÁSTICO REFORÇADO COM FIBRAS DE SISAL E CARGA DE REJEITO DE CORTE DE PEDRAS ORNAMENTAIS. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, da Universidade Federal Fluminense, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, área de concentração Engenharia Civil. Orientador: Prof. Protasio Ferreira e Castro, PhD. Co-orientadora: Prof a. Regina Coeli Martins Paes Aquino, D.Sc. Niterói, RJ 2005
2 Ficha Catalográfica elaborada pela Biblioteca da Escola de Engenharia e Instituto de Computação da UFF R484 Ribeiro, Miguel da Fonseca Amaral. Desenvolvimento de placa de sinalização em plástico reforçado com fibras de sisal e carga de rejeito de corte de pedras ornamentais / Miguel da Fonseca Amaral Ribeiro. Niterói, RJ : [s.n.], f. Orientadores: Protasio Ferreira e Castro e Regina Coeli Martins Paes Aquino. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal Fluminense, Engenharia civil. 2. Compósitos poliméricos. 3. Materiais de construção. 4. Resíduo sólido Reaproveitamento. I. Título. CDD 624
3 MIGUEL DA FONSECA AMARAL RIBEIRO DESENVOLVIMENTO DE PLACA DE SINALIZAÇÃO EM PLÁSTICO REFORÇADO COM FIBRAS DE SISAL E CARGA DE REJEITO DE CORTE DE PEDRAS ORNAMENTAIS. Aprovada por: Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, da Universidade Federal Fluminense, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, área de concentração Engenharia Civil. Prof. Protasio Ferreira e Castro, PhD (orientador) Universidade Federal Fluminense Prof a. Regina Coeli Martins Paes Aquino (co-orientadora), D.Sc. Centro Federal de Educação Tecnológica - Campos Prof a. Ana Lucia Diegues Skury, DSc. Universidade Estadual do Norte Fluminense - Campos Prof.Gustavo Saad Terra, DSc. Centro Federal de Educação Tecnológica - Campos Niterói, RJ. 2005
4 Aos Meus pais.
5 À Mariana
6 AGRADECIMENTOS Ao término deste trabalho quero externar o meu agradecimento a todos aqueles que contribuíram para sua realização. Externo meu agradecimento, em especial: Aos meus pais, pelo amor, carinho, incentivo e apoio nas horas mais difíceis, durante nossa vida em comum. Na superação de todas as dificuldades no início do curso. Ao Professor Protasio Castro, pela amizade e incentivo, durante o desenvolvimento deste trabalho. À Professora Ana Seroa e aos Professores Fathi e Nireu pelo incentivo inicial do curso. Aos amigos Sergio Lamas e Luiz Fabio pelo incentivo para ingressar e prosseguir nos estudos. Aos colegas de mestrado, em especial ao Marcos Paulo, Alexandre Giovaneti, Rondinei, Armando, Eduardo, Fausto, Luciana, Luiz da Guia, Melissa, Monika e Fernanda. Às funcionárias do mestrado, em especial à Clarice, Gláucia, Cássia, que sempre foram solícitas na resolução dos problemas pertinentes ao curso. Ao senhor Fábio Kalil da Empresa Vernom pelo fornecimento de material para confecção das placas. Ao engenheiro Antônio Inácio e aos auxiliares de laboratório da UERJ, pela ajuda durante os ensaios mecânicos.
7 Ao Manuel da empresa Interplás pelas orientações quanto ao uso dos materiais de poliéster. Ao meu irmão João pela ajuda no início dos testes com os materiais para produção das placas.
8 SUMÁRIO AGRADECIMENTOS...5 SUMÁRIO...7 LISTA DE FOTOGRAFIAS...11 LISTA DE ILUSTRAÇÕES...12 LISTA DE TABELAS...14 LISTA DE QUADROS...15 RESUMO...16 ABSTRACT INTRODUÇÃO Justificativa Pesquisas desenvolvidas no banco de dissertações da uff em compósitos com uso de fibras vegetais e ou resíduos Relevância escopo do trabalho COMPÓSITOS MATRIZ Polímero Matrizes de base polimérica Resinas de poliéster insaturado Glicois Ácidos insaturados Ácidos saturados monômero de estireno síntese das resinas de poliéster cura das resinas poliéster Pós-cura Resina Tereftálica Resinas epóxi Resinas ester-vinílicas Resinas fenólicas comparativo das características físicas das resinas FIBRAS DE REFORÇO Fibras NATURAIS Vegetais Fibras vegetais mais utilizadas...62
9 Fibras de sisal Fibras de Piaçava Fibras de coco Fibras de juta Fibras de bagaço de cana-de-açúcar Fibras de RAMI Fibras de algodão Fibras de bambú Fibras de bananeira Fibras de henequem ou maguey Características físicas e mecânicas de algumas fibras vegetais Fibras industriais Fibra de vidro Fibras do tipo E Fibras do tipo R e S Fibras Aramida Fibras de carbono Materiais comerciais utilizados em compósitos reforçados com fibras Fio roving Roving direto Roving contínuo para processo de enrolamento Roving para laminação por projeção Roving para painéis translúcidos Roving para processo SMC e processo a vácuo Mantas Véu de superfície Tecidos Tecidos não tramados (PREFORMA) Tecidos híbridos Prepregs Tecidos tridimensionais e quadridimensionais Complexos de fibras MATERIAIS DE ENCHIMENTO Princípios de funcionamento Características e tipos de núcleos e adesivos Núcleo de Madeira Núcleo de espuma Núcleo de espuma de poliuretano Núcleo de espuma fenólica Núcleo de espuma de poliéster Núcleo de espuma de poliestireno Núcleo de espuma de PVC Núcleo tipo colméia (Honeycomb) CARGAS E ADITIVOS Cargas minerais industriais Cargas leves Microesferas de vidro Microesferas fenólicas Microesferas plásticas Sílica...109
10 9 6.3 ADITIVOS Aditivos inibidores Aditivo absorvente de ultravioleta Aditivo desaerante Aditivos umectantes e dispersantes Aditivos redutores de emissão de estireno Aditivo nivelante PROCESSOS DE MOLDAGEM laminacão MANUAL (hand lay-up) Aplicação de estrutura de reforço Aplicação de núcleo sanduíche laminação a pistola (SPRAY-up) laminação em moldes macho laminação com utilização de pressão Laminação vacumm bagging Autoclave Processo RTM Laminação com auxílio de vácuo sistema VARTM Sistema SMC Laminação com o uso de Prepegs laminação de placas planas pultrusão enrolamento filamentar PROCESSOS DE MONTAGEM E UNIÕES ligação com uso de Adesivos ligação com parafusos ENSAIOS EM COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA ensaios MECÂNICos (Destrutivos) inspeção visual Ensaios em placas de sinalização em poliéster reforçado com fibra de vidro PROGRAMA EXPERIMENTAL caracterização dos materias Fibra de sisal Resíduo de corte de pedra ornamental Resina de poliéster Especificações do produto Produção de placas de compósito de matriz polimérica reforçado com fibras vegetais FÔrma para moldagem da placa Prensa para moldagem Equipamentos utilizados Materiais utilizados: Formas e dimensões das placas Dosagem dos materiais para a laminação Preparo da fôrma Moldagem das placas preparo de corpos de prova para ensaio ensaio de tração...174
11 10 11 CONSIDERAÇÕES FINAIS BIBLIOGRAFIA REFERENCIADA BIBLIOGRAFIA CONSULTADA ANEXO
12 LISTA DE FOTOGRAFIAS Foto 4.1 Rolo de fio roving Foto 4.2 Tecido tridimensional Foto 5.1 Aspecto do núcleo de enchimento tipo colméia de fibra aramida Foto 7.1 Pistola para processo de laminação spray up Foto 7.2 processo de enrolamento filamentar Foto 10.1 Fibras segregadas da resina na superfície da matriz Foto 10.2 Fibras de piaçava segregadas na superfície do laminado Foto 10.3 Fissura devido à retração da matriz Foto 10.2 Corpo de prova fixado a máquina de tração Foto 10.4 material colhido em forma de torrões Foto 10.5 Resíduo colhido e tratado Foto Padrão usado no ensaio de campo, para placa de sinalização Foto 10.7 Misturador acoplado a furadeira de bancada Foto 10.8 tecido cortado Foto 10.9 Rejeito de fibras de sisal Foto Placa pronta para ensaio de campo Foto Equipamento universal de ensaio a tração utilizado Foto Corpo de prova fixado a maquina...176
13 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 2.1 Classificação dos compósitos Figura 2.2 Padrão de deformação da matriz em torno das fibras...27 Figura 2.3 compósito reforçada com fibras...28 Figura 2.4 Diagrama de tensão deformação da matriz, fibra e compósito típico...29 Figura 2.5 Limites de resistência longitudinal e transversal para compósitos com 50% de teor de fibras e três tipos de fibras, reforçados unidirecionalmente Figura 3.1 Copolímeros...37 Figura 3.2 Esquema dos copolímeros...38 Figura 3.3 Esquema do poliéster curado...40 Figura 3.4 Glicois mais usados na síntese da resina de poliéster...42 Figura 3.5 Fórmula dos ácidos insaturados usados na síntese de resina de poliéster...43 Figura 3.6 Ácidos saturados mais usados na síntese de resinas poliéster Figura 3.7 Fórmula química da molécula de estireno...45 Figura 3.8 Desenho esquemático do reator Figura 3.9 Tempos de cura das resinas de poliéster...48 Figura 3.10: Diagrama de dos sistemas mais usados em resinas de poliéster...49 Figura 4.1 Estrutura da parede celular da célula de fibras Figura 4.2 Fibra de linho em corte transversal do caule e fragmento de fibras isoladas Figura: 4.3 Esquema de forno para produção de fibra de vidro Figura 4.4 Orifício de fiberização...72 Figura Equipamento para produção de mantas Figura Aspecto das mantas...80 Figura: 4.7 Esquema comparativo das características mecânicas dos tecidos de trama balanceada e mantas...83 Figura: 4.8 Configurações das diversos tipos de tramas...84 Figura: 4.9 Costuras usadas em preformas; A - tipo trava, B - tipo corrente...85 Figura 4.10 Esquema representativo do tecido biaxial...86 Figura 4.11 Esquema representativo dos tecidos triaxial e quadriaxial...86 Figura: 4.12 Esquema de produção de um prepeg...87 Figura 4.13 Esquema do tecido tridimensional manufaturado com varetas Figura 4.14 (A) Orientação do tecido quadridimensional / 4.14 (B) Corte do mesmo Figura: 4.15 Diversas configurações de reforço...91 Figura 5.1 Comparativa de rigidez obtido com o uso de núcleo sanduíche Figura 5.2 Comportamento do enchimento sobre cargas diversas Figura 5.3 Danos típicos de materiais compósitos com enchimento...95
14 Figura 5.4 Falhas na adesão...97 Figura 5.5 Defeitos na aplicação de núcleo em peças curvas...97 Figura 5.6 Espuma de PVC em blocos colado sobre tela Figura 5.7 Laminado com enchimento de colméia explodido e montado Figura 6.1 Processo de polimerização do poliéster Figura 6.2 Polimerização do poliéster relacionada com os inibidores Figura 7.1 Esquema de um laminado típico Figura 7.2 Reforços aplicados em laminados, 1 tarugos de madeira, 2 peças seccionadas, 3 compensado, 4 meia cana de madeira, 5 tubos de cartão cortado ao meio, 6 cordões de papel ou jornal enrolado, tubos ou seções de plástico ou alumínio, poliuretano flexível Figura 7.3 Processo de moldagem vacum bagging Figura 7.4 Molde para o processo RTM, e a posição do bico de injeção e dos respiros Figura 7.5 Esquema do processo de pultrusão Figura 7.6 Modelos de cabeçotes de injeção Figura 7.7 Diversos tipos de forma de enrolamento Figuras 7.8 Variáveis do processo de enrolamento Figura 8.1 Tipos de ligações para estruturas pré-moldadas Figura 8.2 Diversos tipos de união de peças planas Figura 8.3-A Juntas inadequadas Figura 8.3-B Juntas adequadas e junta plana sobreposta com face com gel coat..147 Figura 8.4 Juntas superpostas Figura 8.5 geometria de juntas mecânicas Figura 8.6 Junta sobreposta e junta flangeda com fixação com parafuso Figura 8.7 Ligações em peças estruturais com parafusos Figura 10.1 Fluxograma do processo de tratamento do rejeito Figura 10.2 Perspectiva da forma para produção da placa Figura 10.2 esquema explodido da prensa usada para moldagem da placa Figura 10.3 prensa montada Figura 10.5 Corpo de prova para ensaio de tração Figura 10.6 Diagrama tensão / deformação RcrE-Tec Figura 10.7 Diagrama tensão / deformação Tal-Tec Figura 10.8 Diagrama tensão / deformação RcrC-Tec Figura 10.9 Diagrama tensão / deformação Tal-RRS Figura Diagrama tensão / deformação RcrE-RRS
15 LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 Propriedades do policarbonato não reforçado e com três diferentes porcentagens de reforço orientado aleatoriamente...34 Tabela Resultados de ensaio de tração do tecido Tabela 10.2 Tratamento dos resultados de amostra de RcrC-Tec Tabela 10.3 Tratamento de resultados de ensaio a tração de RcrE-Tec Tabela 10.4 Tratamento de resultados de ensaio a tração de Tal-Tec Tabela 10.5 Tratamento dos resultados de ensaio a tração de RcrE- RRS Tabela 10.6 Tratamento dos resultados do ensaio a tração das amostras Tal-RRS Tabela 10.7 Análise de variância RcrC-Tec / Tal-Tec...179
16 LISTA DE QUADROS Quadro 3.1 Sistemas de cura...50 Quadro 4.1 Características física e mecânica de algumas fibras...69 Quadro 4.2 Composição dos diversos tipos de fibra de vidro Quadro 9.1 Características de chapas de FRP para sinalização
17 RESUMO Esta dissertação apresenta um estudo da produção de placas de sinalização viária em compósito de matriz polimérica reforçada com fibra de sisal. O estudo está dividido em duas etapas. A primeira faz uma revisão bibliográfica sobre compósitos, caracterizando este material, estudando os componentes, matriz fibras de reforço, enchimento, cargas e aditivos. Em seguida abordam-se os processos de produção, montagem e ensaios aplicáveis aos compósitos. Na segunda etapa consiste no desenvolvimento do programa experimental com o intuito de estudar a viabilidade da aplicação do compósito reforçado com fibras vegetais em placas de sinalização. Para consecução deste programa foram desenvolvidas placas de compósito de matriz polimérica adicionando-se carga de talco industrial e rejeito do corte de pedras ornamentais. A proporção de mistura matriz / carga usada foi de 50% / 50%. Com esta proporção foi constatada que a resistência do compósito com adição de rejeito alcançou maior resistência à tração. Para estudar a possibilidade de redução de consumo de resina foi modificada a formulação para 40% / 60%, sendo a redução de resistência de 23,27%. As fibras utilizadas foram na configuração de fibras curtas dispersas e de fibras na forma de tecido. Os ensaios desenvolvidos demonstraram a potencialidade dos referidos compósitos. Estudos mais aprofundados deverão ser implementados para confirmação da viabilidade do uso deste material, fazendo uma análise da possibilidade de novas formulações. Palavras-chave: compósito, matriz polimérica, fibra de sisal, cargas, resíduo, placas de sinalização.
18 ABSTRACT This paper presents a study about the manufacturing of signalling plates in vegetal fiber reinforced polymeric matrix compounds. The study is divided into two steps, namely: The first one reviews bibliographically compounds and their materials such as matrix, reinforcement fibers, fillers, cores and additives. In furtherance, the study features the manufacturing processes, installation and essays applicable to the compounds. The second step consists of the development of an experimental program destined to studying the feasibility of applying the vegetal fiber reinforced compounds in signalling plates. For the execution of this program, polymeric matrix compound plates were developed with the addition of industrial talc and residues of cut-off industrial ornamental stones. The proportion of matrix/filler used in the process was of 50% to 50%. In such proportion, it was verified that the resistance of the compounds with the residue addition reached a higher traction resistance. In order to study the possibility of reduction of resin consume the formulation was modified to 40% to 60%, being the resistance reduction of 23,27%, though. Fibers were used in the configuration of woven fabric and weaving residues. The essays demonstrate the potentiality of the aforementioned compounds. Further studies should be implemented so as to confirm the feasibility of use of such material by means of analyzing the possibility of new formulations. Key words: compound, polymeric matrix, reinforcement fiber, sisal fiber, cores, residue, signalling plates
19 1 INTRODUÇÃO O desenvolvimento científico e tecnológico tem sofrido profunda evolução no decorrer da história da humanidade. Nos primórdios a humanidade preocupava-se com a sobrevivência. Tal preocupação levava o homem a desenvolver ferramentas e a usar materiais que obtinha da natureza, conforme as peculiaridades culturais e a disponibilidade local. Com o desenvolvimento industrial, grandes avanços tecnológicos e científicos foram alcançados, possibilitando ao homem melhorias nas condições de vida e uma maior expectativa de vida. Novos materiais foram desenvolvidos e sintetizados, resultado do desenvolvimento científico. Os polímeros e as cerâmicas tiveram papel importante neste cenário. Os polímeros possibilitaram uma nova categoria de materiais, denominados de compósitos. Apesar de todo este desenvolvimento o que se pode constatar é que não houve preocupação com as reservas naturais de materiais e matérias primas. Pensava-se que a natureza era uma fonte inesgotável. Com o crescimento da demanda industrial os danos ambientais começaram a aparecer e foi constatado que eram irreversíveis. A conseqüência deste desconhecimento legou a terra de forma global, modificação que só poderão ser contornadas por meio de políticas publica e privadas em âmbito mundial, de redução de danos ao meio ambiente. Estes danos estão associados não só a cadeia industrial, mas também ao descarte pós-uso dos produtos resultantes. A indústria segundo a visão atual não é responsável pelo produto apenas até o momento de sua venda e prazo de garantia, Callister (2000). Sua responsabilidade
20 19 passa ao descarte das embalagens e rejeitos pós-uso, tais como as embalagens PET, as pilhas e os pneus. As indústrias procuram adequar sua produção a uma forma de produção ambientalmente sustentável. Esta adequação compreende o uso mais racional de matéria prima, bem como o tratamento dos resíduos gerados pelos seus produtos, a utilização de matérias primas provenientes de materiais reciclados e financiamento de reciclagem de produtos descartados pós-uso. Os consumidores a cada ano que passa têm mais preocupação com as origens dos produtos, se os danos advindos de sua produção estão entre os padrões internacionalmente aceitos. A imagem das indústrias está ligada ao selo ambiental. Um grande desafio é colocado para os centros de pesquisa: dar destino economicamente viável aos rejeitos industriais e desenvolver novos materiais que minimizem os danos ao meio ambiente. Segundo Callister (2000), maiores esforços de reciclagem e o desenvolvimento de novas tecnologias de reciclagem. Como conseqüência dos aspectos econômicos não somente da produção, mas também do impacto ambiental e de fatores ecológicos, está se tornando cada vez mais importante considerar o ciclo de vida desde o berço até o túmulo dos materiais em relação ao processo global de fabricação. O objetivo deste trabalho é estudar a viabilidade da utilização de reforço de fibras de sisal em substituição as fibras sintéticas em compósito de matriz polimérica. Também será pesquisada a possibilidade de adição de cargas para redução do consumo de resina de poliéster através da adição de cargas, sendo as cargas objeto do estudo o talco industrial e o rejeito de corte de rochas ornamentais. Para tal será estudada a aplicabilidade deste material na produção de placas de sinalização. Serão focados processos de produções simples, que viabilizem sua consecução em comunidades agrícolas e cooperativas, procurando agregar valor à cultura de fibras de sisal e dar destinação adequada ao rejeito de corte de rocha. O produto resultante será submetido a ensaio mecânico para verificar a sua adequação a norma NBR relativa ao produto em estudo.
21 JUSTIFICATIVA A preocupação como meio ambiente tem gerado exigências ao setor industrial para a destinação segura de seus resíduos em consonância com os princípios do desenvolvimento sustentável. Segundo Bigno (2002) apud Andrade e Moura (2002), são produzidas duzentos e quarenta toneladas de resíduo por ano de corte de rocha não havendo destino adequado. O que torna sua utilização uma maneira de reduzir os impactos ambientais causados por estas indústrias. A produção de fibras vegetais segundo Aquino (2003), a produção de fibras concorre com destaque na agricultura mundial sendo a sua industrialização importante setor na atividade econômica mundial. As fibras vegetais são importante matéria prima em indústrias industrias menores em países atrasados e subdesenvolvidos, para produção de vestuário e produtos doméstico (AQUINO, 2003 apud MEDINA, 1959). O uso de fibras vegetais trará um ganho social e econômico para as regiões produtoras melhorando a qualidade de renda e vida destes locais. O uso de fibras de origem vegetal tem como forte apelo à possibilidade de produção ambientalmente sustentável já que é de fácil incorporação pela natureza e é uma fonte renovável de matéria prima. Fato que torna seu uso interessante. A demanda destas fibras decorrentes do desenvolvimento de novos materiais compósitos reduziria o êxodo rural e impulsionariam o setor agrícola do país (AQUINO 2003). O desenvolvimento humano tem acenado com um quadro de crise em função da oferta de matéria prima devido ao esgotamento dos recursos naturais (AQUINO 2003). 1.2 PESQUISAS DESENVOLVIDAS NO BANCO DE DISSERTAÇÕES DA UFF EM COMPÓSITOS COM USO DE FIBRAS VEGETAIS E OU RESÍDUOS. A biblioteca da Universidade Federal Fluminense possui banco de dissertações direcionada a uma linha de pesquisa sobre o uso de resíduos e materiais compósitos, no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil.
22 21 AKIL apresentou em 1992 a Universidade Federal Fluminense dissertação com o título: POTENCIALIDADE DOS COMPÓSITOS DE CIMENTO PORTLAND COM FIBRAS VEGETAIS. Fez um estudo de caso em tijolos maciços crus reforçados com fibra de bucha. MARINHO, em 1995 apresentou dissertação a Universidade Federal Fluminense com o título: OS VEGETAIS PRODUTORES DE FIBRAS E SUAS UTILIZAÇÕES NOS COMPÓSITOS DE CIMENTO O SISAL COMO ELEMENTO DE REFORÇO. Estudou o desempenho de telhas produzidas em compósito cimentício, reforçado com fibras de sisal, comparando-as com telhas sem reforço. BIGNO em 2002 apresentou dissertação com o título APROVEITAMENTO DO RESÍDUO DE CORTE DE ROCHAS ORNAMENTAIS COMO FILER MINERAL EM COMPÓSITO DE MATRIZ POLIMÉRICA E CIMENTÍCIA. Estudou o uso de compósito de matriz polimérica com adição de rejeito de corte de rocha em placas e compósito cimentício com adição de rejeito de corte de rocha como fíler em molduras. Atualmente na UFF vêm sendo desenvolvidos estudos sobre os seguintes temas: Emprego de resíduos de plástico como agregado em tijolos de concreto leve. O uso de resíduo de bagaço de cana como fibra de reforço. O uso de fibras de sisal em compósito de matriz polimérica como reforço estrutural. A aplicabilidade de rejeitos industriais em compósito de matriz polimérica em elementos de sinalização. Este trabalho segue esta linha de pesquisa desenvolvida na Universidade Federal Fluminense. 1.3 RELEVÂNCIA A contribuição deste trabalho para a Engenharia Civil está compreensão dos processos e métodos de produção de compósitos e na aplicação deste material em elementos de sinalização.
23 22 Procurando adequar os materiais envolvidos na pesquisa ao método produtivo mais adequado. Alem de estudar as características mecânicas dos produtos obtidos verificando a sua viabilidade de uso no produto. 1.4 ESCOPO DO TRABALHO Através de revisão bibliográfica serão estudados os compósitos, das definições aos processos produtivos. Com base nos dados obtidos serão desenvolvidas placas de sinalização com formulações distintas, para o estudo de sua aplicabilidade em placas de sinalização. O trabalho será organizado da seguinte forma: Capítulo 1: Introdução. Aborda-se aqui a relevância e justificativa do tema, bem como a metodologia adotada e os meios para consecução do trabalho; Capítulo 2: Caracterização dos compósitos, com ênfase em compósitos de matriz polimérica; Capítulo 3: Matrizes poliméricas, função, características físicas e processo de produção; Capítulo 4: Fibras de reforço; tipos, função em compósito, processo de produção, caracterização física e configurações; Capítulo 5: Enchimentos, função, tipos e aplicações em compósitos; Capítulo 6: Cargas e aditivos, função, tipos e aplicações; Capítulo 7: Processos de moldagem, características, aplicabilidade e materiais utilizados; Capítulo 8: Processo de montagem, a necessidade de sua aplicação e formas mais adequadas; Capítulo 9: Ensaios em produtos poliméricos, tipos de ensaios aplicáveis normas específica para placas de sinalização; Capítulo 10: programa experimental, detalhes do programa experimental, materiais equipamentos, ensaios aplicados e tratamento dos resultados;
24 23 Capítulo 11: Considerações finais sobre o uso do reforço com fibras vegetais, com adição de cargas nos compósitos de matriz polimérica.
25 2 COMPÓSITOS Algumas propriedades requeridas pelos novos desafios tecnológicos não são atendidas com o uso dos materiais utilizados classicamente como materiais de construção. Os materiais que apresentam propriedades mecânicas elevadas, em contrapartida possuem alta densidade, não sendo adequado para usos nos quais a baixa densidade é fator preponderante. O aumento da resistência e da rigidez implica geralmente em redução da resistência ao impacto, segundo Callister, (2000). Os materiais metálicos geralmente são mais resistentes, porém apresentam maior densidade. Os cerâmicos apesar da rigidez são frágeis. Os poliméricos possuem boa elasticidade, porém não apresentam elevada resistência mecânica. Com o intuito de conseguir materiais mais resistentes, que apresentem baixa densidade e resistência ao impacto, foram desenvolvidos materiais resultantes da combinação dois ou mais materiais distintos. Esta nova categoria de material foi denominada de material compósito. A combinação de materiais vem ampliando as propriedades com o desenvolvimento dos compósitos. Apesar de se considerar como compósito os materiais industrializados, alguns materiais naturais apresentam características que os enquadram nesta categoria de material. Segundo Callister (2000), a madeira com suas fibras de celulose unidas por lignina, o osso constituído de colágeno e apatita constituem categoria de compósitos naturais. O compósito segundo Callister (2000) é um material artificial que apresenta mais de uma fase quimicamente diferentes separadas por interfaces distintas.
26 25 Os materiais são combinados e como resultado são conseguidos materiais com características específicas adequadas a ambientes agressivos e altas temperaturas. Estes materiais apresentam maior rigidez, tenacidade e resistência mecânica, (CALLISTER, 2000). Os compósitos que possuem duas fases, a uma das fases denomina-se matriz e a outra é denominada de fase dispersa. As propriedades do compósito estão associadas às características das fases, proporções, dimensões, forma e orientação da fase dispersa. Pode-se classificar o compósito de acordo com a dimensão da fase dispersa em reforçado com partícula, fibras e compósito estrutural, (CALLISTER, 2000). O compósito reforçado com partícula apresenta a dimensão das partículas semelhantes em todas as direções. Os reforçados com fibras apresentam um comprimento maior que o diâmetro. Os estruturais combinam materiais compósitos com materiais homogêneos. Os compósitos reforçados com partículas apresentam duas subdivisões. Os reforçados com partículas grandes, tendo como exemplo o concreto. Os compósitos reforçados por dispersão, como exemplo tem-se os cerments (composto de metal com material cerâmico). Um exemplo de compósito reforçado por dispersão é o níquel TD (níquel com oxido de tório disperso), que apresenta melhor resistência a altas temperaturas que o níquel. Esta resistência é conseguida, com a adição de 3% de óxido de tório disperso (CALLISTER, 2000). Nos compósitos reforçados com partículas as interações ocorrem a nível molecular ou atômico. As dimensões das partículas estão entre 0,01 e 0,1mm. Neste compósito a matriz suporta as cargas aplicadas e as partículas dispersas, dificultam ou evitam o movimento de discordância. Havendo restrição na deformação plástica e conseqüente aumento na dureza, resistência à tração e limite de escoamento. Já a fase dispersa pode ser metálica ou não metálica. Devido a não reatividade entre a matriz e o reforço suas características são mantidas a altas temperaturas, sendo o seu uso adequado em ferramentas de usinagem sujeitas a temperaturas elevadas, (VAN VLACK, 1983). Os compósitos reforçados com partículas grandes apresentam maior dureza e rigidez das partículas comparadas com a matriz. As partículas suportam fração de
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