[pt] Um novo material sustentável foi desenvolvido utilizando um resíduo
mineral como carga para compósitos poliméricos. A pedra-sabão é um mineral
extensamente utilizado na fabricação de artesanato e manufaturas, atividades
que representam a maior fonte de renda em comunidades marcadas
por vulnerabilidade social. Estas atividades geram uma quantidade considerável
de resíduos, que muitas vezes são descartados de forma indevida,
causando danos ao meio ambiente e à saúde dos habitantes. Portanto, utilizar
esse resíduo para reforçar um polímero com ampla gama de aplicações
como o polietileno, pode promover ganhos econômicos, sociais e ambientais.
A caracterização do resíduo foi feita com análise de imagens, difração de
raios-X e espectroscopia de infravermelho e Raman. Partículas de resíduo
foram incorporadas à uma matriz de polietileno de alta densidade (PEAD)
em três proporções em peso: 10, 20 e 30 por cento. Microtomografia de raios-X foi
utilizada para quantificar as frações volumétricas de carga e de vazios, e a
homogeneidade microestrutural dos compósitos. Foi observado que as partículas
de pedra-sabão tendem a formar aglomerados na matriz de PEAD.
Entretanto, análises estatísticas revelaram uma distribuição volumétrica de
carga homogênea nas amostras. Ensaios de reologia, tração e fluência avaliaram
a influência das partículas nas condições de processamento e no comportamento
mecânico do polímero. Em taxas pequenas de cisalhamento,
houve um aumento relevante de viscosidade e tensão cisalhante para concentrações
altas de carga. A adição das partículas reduziu a deformação por
fluência e aumentou de forma efetiva a tensão de escoamento e o módulo
elástico do PEAD. No entanto, a incorporação de frações maiores de carga
alterou o mecanismo de fratura e diminuiu consideravelmente a ductilidade
do polímero. A relação entre a microestrutura e o comportamento macroscópico
foi investigada através do ajuste numérico de pontos experimentais a
modelos macro mecânicos da literatura, o que permitiu uma quantificação
da adesão interfacial. / [en] A novel sustainable material was developed using a mineral waste as
filler for polymeric composites. Soapstone is a mineral typically found in
abundance in communities that rely heavily on artisanal crafts as a source
of income and which are often in a situation of social vulnerability. Rock
recovery in those activities is low and the waste disposal is done with little
control, which can be hazardous to the environment and the health of
the local residents. Thus, to use this residue to reinforce the properties
of a polymer with a wide range of applications, such as polyethylene, can
lead to positive economical, social and environmental returns. A thorough
characterization of the residue was done with automated image analysis, Xray
diffraction, infrared, and Raman spectroscopy. The waste particles were
incorporated into a high-density polyethylene (HDPE) matrix in three compositions:
10, 20 and 30 wt percent. X-ray microtomography was used to quantify
the filler volume fraction, void content, and the microstructural homogeneity
of the composites. It was found that the soapstone particles have a
strong tendency of forming clusters in the HDPE matrix, however, statistical
analysis revealed that the volumetric filler distribution was homogeneous
throughout the samples. Rheological, tensile and creep tests assessed the influence
of the particles on the polymer s processing conditions and practical
mechanical behavior. A relevant increase in viscosity and shear stress was
observed at lower shear rates for higher filler loadings. The addition of soapstone
waste particles successfully decreased creep strain and increased both
yield strength and elastic modulus of HDPE. However, the incorporation
of higher amounts of filler altered the fracture mechanism and considerably
decreased ductility and creep rupture time of the polymer. The relationship
between the microstructure and the macroscopic mechanical behavior was
investigated by fitting tensile test data with macro-mechanical models from
the literature, which allowed the quantification of the interfacial bonding.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:56010 |
| Date | 18 November 2021 |
| Creators | GIULIA SIMAO BARRETO DE SOUSA |
| Contributors | JOSE ROBERTO MORAES D ALMEIDA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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