Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2016-09-26T16:05:50Z
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2016_VitorMagaliniZagodeSousa.pdf: 5101239 bytes, checksum: c2c7009d365f82f1b1d262b423bf72c5 (MD5) / Os esforços mundiais hoje se voltam para a pesquisa e desenvolvimento de novos materiais industriais. Os materiais compósitos desempenham papel muito importante no desenvolvimento de novos materiais, pois eles possibilitam a união de características diferentes em um material mais avançado e funcional. Compósitos de matriz polimérica reforçados com fibras naturais vegetais ganham destaque nesse cenário. Desta forma, o objetivo deste trabalho é estudar as propriedades mecânicas, térmicas e morfológicas de compósitos de polihidroxibutirato (PHB), um polímero biodegradável, reforçado com fibras de curauá quimicamente tratadas, a fim de obter satisfatório ganho em resistência mecânica e resistência térmica. Duas rotas de tratamentos para as fibras foram utilizadas: lavagem com água quente, lavagem com hipoclorito de sódio, seguidos os dois de mercerização em solução alcalina de hidróxido de sódio. Os compósitos foram processados por extrusão e moldados por injeção para os ensaios mecânicos, com duas concentrações de fibra: 10 e 20% em massa. Avaliou-se a composição lignocelulósica das fibras, a cristalinidade por Difração de Raios-X (DRX), o comportamento térmico por Análise Termogravimétrica (TGA) e a morfologia das fibras foi avaliada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Foram realizados ensaios de tração, flexão e impacto Izod nos compósitos produzidos e foram avaliados o módulo de elasticidade, limite de ruptura e limite de resistência em tração e flexão e resistência ao impacto. O comportamento térmico e a cristalinidade dos compósitos foram avaliados por TGA e Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC), respectivamente, a morfologia da superfície de fratura e qualidade do processamento foram avaliados por MEV. Os resultados indicaram que a fibra lavada com hipoclorito e mercerizada apresentou o maior teor de alfacelulose (71%) e consequente cristalinidade (74,56%). A lavagem com hipoclorito diminuiu a estabilidade térmica para 200°C, enquanto que a lavagem com água não alterou essa propriedade. A mercerização trouxe estabilidade térmica para as duas amostras lavadas, mostrando que o tratamento com hipoclorito de sódio é muito severo a fibra. Os compósitos processados por extrusão e moldagem por injeção apresentaram as mesmas propriedades térmicas, com cristalinidade semelhante em torno de 30% e temperatura de fusão em torno de 175°C, salvo pelas diferenças por conta do volume de fibras no compósito. O compósito curauá lavado com água e mercerizado (20% m/m)/PHB em massa mostrou o maior aumento de propriedades mecânicas: no ensaio de tração o módulo foi 58% maior comparado ao PHB puro, no ensaio de flexão o módulo foi 68% maior comparado ao PHB puro e a resistência ao impacto Izod foi 54% maior em comparação ao PHB puro. Houve boa adesão desse tipo de fibra na matriz polimérica, apesar da dispersão irregular, ambos observados por MEV. Os compósitos com fibra in natura apresentaram praticamente as mesmas propriedades (módulo de elasticidade e limite de resistência) do polímero puro, indicando que esse tipo de reforço não é adequado para melhoramento de propriedades do polímero. Da mesma forma, os compósitos reforçados com fibras de curauá lavadas com hipoclorito de sódio e mercerizadas não apresentaram resultados significativos nos ensaios mecânicos, sendo que aumentaram no máximo em 10% o módulo de elasticidade e o limite de resistência em comparação ao PHB, evidenciando que o tratamento superficial mais simples é mais eficiente em melhorar a adesão entre o PHB e a fibra de curauá. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Global effort has been dedicated to research and development of new engineering materials. Composites materials play crucial role on said development, since through their union scientists have been able to amalgamate several different attributes in one more advanced compound. Polymer matrix composites reinforced with vegetal fibers are notedly set apart in this scenario. As such, this study goal is to investigate and elucidate mechanic, thermal and morphologic aspects of polyhydroxybutyrate (PHB) - a biodegradable polymer, reinforced with chemically processed curauá (Ananas erectifolius) fibers, with the intent of obtaining significant increase in mechanic and thermal resistance. Two different methods were employed during the fibers' treatment: hot water washing and sodium hypochlorite washing, both processes being followed by mercerization with alkaline solution of sodium hydroxide. The composites were processed by extrusion and injection molded for the mechanic essays, with two different fiber concentrations: 10 and 20 %wt. The project evaluated the lignocellulosic composition of the fibers, the crystallinity by XRD method, the thermal behavior by TGA method and fiber morphology by SEM. Tensile, flexural and Izod impact tests were conducted in the resulting composites. Furthermore, the elasticity modulus, rupture and resistance limits were evaluated for said composite families. The composite's thermal behavior and crystallinity were analyzed by TGA and DSC methods, respectively; fracture's surface morphology and processing quality were analyzed by SEM method. The results indicated that the fiber washed with hypochlorite and mercerized displayed the highest levels of alphacellulose and thus crystallinity. Hypochlorite washing hindered the thermal stability, while the hot water washing hasn't altered said property. Mercerizing both samples brought thermal stability, showing that the treatment process done with sodium hypochlorite was exceedingly harsh to the fiber. Composites that underwent extrusion processing and injection molding displayed the same thermal properties, except for the final volume of fibers in the composite. The PHB composite, reinforced with curauá fibers, washed with hot water and mercerized with 20 %wt. showed the best result regarding mechanic performance, both in Izod impact resistance, tensile
and flexural tests. There was significant adherence of that particular fiber on the polymer matrix, in spite of irregular dispersion, both properties observed with SEM. The composites with in natura fibers showed practically the same properties as the pure composite, indicating that particular kind of reinforcement is not the most adequate for the improvement of the polymer properties. Equally, the composites reinforced with curauá fiber washed with sodium hypochlorite and mercerized did not display any significant results in mechanic essays, indicating that the superficial treatment is much more effective in improving the adherence between the PHB and the curauá fiber.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.unb.br:10482/21869 |
| Date | 12 August 2016 |
| Creators | Sousa, Vitor Magalini Zago de |
| Contributors | Luz, Sandra Maria da |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UnB, instname:Universidade de Brasília, instacron:UNB |
| Rights | A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data., info:eu-repo/semantics/openAccess |
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