Compósitos expandidos ou compósitos celulares reforçados com fibras vegetais são uma
classe emergente de materiais que combinam boas propriedades mecânicas com densidade
reduzida e capacidade superior de absorção de energia a impacto, isolamento térmico e
acústico, quando comparados aos compósitos convencionais não expandidos. Os compósitos
expandidos são constituídos basicamente de três fases, (1) a matriz polimérica, (2) o agente de
reforço e (3) os espaços vazios no interior do compósito, que são denominados células. Nesse
sentido, o presente estudo tem por objetivo o desenvolvimento de compósitos expandidos de
poli(etileno-co-acetato de vinila) (EVA) reforçado com dois tipos de reforços de origem
vegetal: a fibra de bananeira (FB) e o pó de madeira (PM), em diferentes concentrações e
tamanhos de partícula. Inicialmente, foi avaliada a influência do tratamento alcalino em
diferentes concentrações, nas propriedades térmicas (TGA), químicas (FTIR), físicas e
morfológicas (MEV) da FB, e as propriedades mecânicas (rasgamento e tração) dos
compósitos produzidos com a FB tratada. Para a produção dos compósitos expandidos,
inicialmente, foi inserido na matriz do EVA o agente compatibilizante polietileno graftizado
com anidrido maleico (PEgMA) em uma extrusora monorrosca. A FB, o PM e os aditivos
foram incorporados ao EVA/PEgMA em um moinho de rolos, e o composto foi conformado e
expandido por compressão em uma prensa térmica com moldes de volumes variados. Os
compósitos expandidos foram avaliados quanto às propriedades físicas (densidade e absorção
de água), mecânica (resistência ao rasgamento, resistência à compressão e dureza), térmica
(TGA), química (FTIR) e morfológica (MEV e MO). Os resultados demonstraram que os
compósitos expandidos apresentaram redução de densidade de 70 a 30%, de acordo com o
molde utilizado no processo de expansão. O uso de ambos os reforços vegetais interferem na
estrutura morfológica das células nos compósitos expandidos, promovendo a formação de
células de tamanho e formato heterogêneo, compostas por células abertas e fechadas. Os
reforços também atuam como agentes de nucleação na formação das células, proporcionando
redução do tamanho e aumento na densidade das células com o aumento do teor de carga. A
resistência ao rasgamento tende a diminuir com a diminuição da densidade e aumento do teor
de carga, enquanto as propriedades mecânicas de resistência à compressão e dureza aumentam
com o aumento do teor de carga. Em todos os compósitos desenvolvidos, na região da
interface polímero-fibra, os compósitos apresentam regiões com boas e fracas propriedades de
adesão. / Expanded composites or vegetable fiber-reinforced cell composites are a new emerging class
of materials combining good mechanical properties of reduced density, having superior ability
of energy absorption at impact, as well as thermal and acoustic isolation. Expanded
composites are basically constituted of three phases, the polymeric matrix, the reinforcing
agent and the void spaces in the interior of the composite, called cells. In this context, the
present study aims at the development of expanded poly (ethylene-co-vinyl acetate) (EVA)
composites reinforced with two kinds of vegetable fibers, banana fiber (BF) and wood flour
(WF) at different concentrations and particle sizes. Initially the influence of sodium
hydroxide-based (NaOH) alkaline treatment at different concentrations was evaluated as
regards thermal (TGA), chemical (FTIR), physical and morphological (SEM) properties of BF
as well as mechanical properties (tear and tensile) of the composites obtained from treated BF.
For the production of the expanded composites initially the compatibilizing agent maleic
anhydride grafted polyethylene (PEgMA) was inserted into the EVA matrix with the aid of a
single screw extruder. The BF and WF fibers were incorporated into EVA/PEgMA using an
open roll mill and the composite was shaped and expanded using a thermal press having
variable volume dies. The expanded composites were evaluated as for physical (density, water
absorption), mechanical (tear strength and hardness), thermal (TGA), chemical (FTIR) and
morphological (SEM) properties. The results demonstrated that the expanded composites
attained between 70 and 30% reduction in density according to the die utilized in the
expansion process. The use of both fibers affect the morphological structure of cells in the
composites, promoting the formation of heterogeneous structures made up of open and closed
cells. Vegetable fibers work as nucleating agents in the formation of cells, providing size
reduction and increased density of the cells as a result of the increased filler content.
Mechanical properties of tear strength tend to diminish with reduced density and increased
filler content, while mechanical properties of compression strength and hardness increase with
increased filler content. In the polymer-fiber interface all composites exhibit some regions of
good adhesion and other ones of poor adhesion between the matrix and the vegetable fiber.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ucs.br:11338/814 |
| Date | 25 February 2013 |
| Creators | Zimmermann, Matheus Vinicius Gregory |
| Contributors | Ferreira, Carlos Arthur, Grisa, Ana Maria Coulon, Brandalise, Rosmary Nichele, Santos, Venina dos, Zattera, Ademir José |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UCS, instname:Universidade de Caxias do Sul, instacron:UCS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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