8º Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação
18 a 22 de maio de 2015, Salvador, Bahia, Brasil
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DESENVOLVIMENTO DE COMPÓSITO DE MATRIZ DE POLIÉSTER
ISOFTÁLICO COM ADIÇÃO DE REJEITOS INDUSTRIAIS (RESÍDUO DE
MÁRMORE E GRANITO) COMO CARGA E REFORÇADO COM FIBRA
DE COCO
Diego Nery Rodrigues, [email protected]
Iara Ferreira Santos, [email protected]
José Antônio da Silva Souza, [email protected]
Raimunda Figueiredo da Silva, [email protected]
1
Universidade Federal do Pará, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia, Rua
Augusto Corrêa, 01, Cep: 66075-110. PA
Resumo: O uso de compósitos reforçados com fibras naturais tem sido cada vez mais incentivado, do ponto de vista
ambiental, pela sustentabilidade encontrada nas fibras naturais. Associado a este fato, o trabalho possibilita a
reciclagem em matriz polimérica de resíduos provenientes da indústria de pedras ornamentais e da indústria mineral,
utilizando 40% em peso do material como carga e 0,5% e 1,0% em peso de fibra de coco como reforço. Este trabalho
tem como objetivo analisar a influência dos componentes da matriz polimérica. Propriedades como massa específica,
porosidade aparente, absorção de água e resistência à tração e inflamabilidade do compósito foram medidas e
avaliadas de acordo com o aumento na quantidade de fibra presente na matriz. Os resultados permitiram a análise
das características de cada compósito produzido a partir dos resíduos de mármore e granito, o que facilita a opção
pela utilização do material de acordo com a necessidade de aplicação.
Palavras-chave: Compósito, Resíduo de Mármore e Granito, Fibras Naturais
1.
INTRODUÇÃO
Muitas empresas do ramo da construção civil, especificamente as que trabalham com mármore e granito, acumulam
grande quantidade de resíduos que provêm dos processos de corte, serragem e polimento das pedras, e esse material
sem uma destinação adequada colocam em risco a saúde de seus colaboradores e ocasionando desperdício de material
para as mesmas.
A reutilização desses materiais vem sendo um desafio para essas indústrias, e uma alternativa é incorporar esse
resíduo no processo de fabricação de outros produtos. Machado et al. (2002) destaca que do ponto de vista ecológico, a
reciclagem é uma forma de minimizar os inconvenientes que a deposição ou estocagem de resíduos causam à
comunidade e as empresas geradoras.
Uma opção é a aplicação desses resíduos minerais como carga em compósitos. Esse é um assunto muito difundido
por diversos autores, tais como Lima (2007), que explica que essas cargas são usadas devido a várias razões como:
redução de custo, melhora do processamento, controle de densidade, efeitos ópticos, controle da expansão térmica,
resistência elétrica e susceptibilidade magnética, além da melhoria de propriedades mecânicas, tais como a dureza,
resistências à tração, flexão e ao impacto.
A incorporação da fibra de coco como reforço na matriz é um fator importante, pois melhora suas propriedades
mecânicas. De acordo com Thomazini et al. (2006) as fibras naturais são resistentes, abundantes, não-tóxicas, de baixo
custo e provém de fontes renováveis de matéria prima, podendo servir como um excelente agente de reforço para os
polímeros.
Este trabalho teve como objetivo analisar a influência dos componentes de uma matriz polimérica utilizando como
carga 40% em peso de resíduos de mármore e granito e 0,5% e 1,0% em peso de fibra de coco como reforço.
Propriedades tais como: Massa específica aparente (MEA), Porosidade aparente (PA), Absorção de água (AA),
resistência à tração e inflamabilidade do compósito foram medidas e avaliadas de acordo com o aumento na quantidade
de fibra presente na matriz.
2.
MATERIAIS E MÉTODOS
2.1. Materiais
A resina de poliéster insaturado isoftálica AM 910, assim como o acelerador de cobalto e o iniciador MEK-P (Butanox
M-50), conforme a Figura (1), foram produzidas pela empresa AEROJET Brasileira de Fiberglass Ltda.
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Figura (1) - Resina de Poliéster Insaturado isoftálica (a); Iniciador Peróxido de Etil-Metil Cetona (MEK-P)
(b); Acelerador de Cobalto (c).
De acordo com Oliveira (2013), a densidade da resina utilizada apresenta valor médio de 1,14 g/cm3.
O resíduo de mármore e granito foi disponibilizado pela empresa Brilasa S.A.; após a coleta do material foi realizada a
secagem em estufa por aproximadamente 24 horas. Em seguida, o material passou pelo processo de cominuição e
peneiramento manual em peneira 100 mesh da série Tyler. A Figura (2) apresenta o material utilizado após o beneficiamento.
Figura (2) – Resíduo de Mármore e Granito obtido após o beneficiamento
A fibra de coco foi disponibilizada pela empresa Sococo®; foi organizada em fios de tamanho uniforme e cortada no
tamanho de 3 cm de comprimento. A Figura (3) apresenta o material utilizado após o corte.
Figura (3) – Fibra de coco cortada em 3cm de comprimento
2.2. Métodos
Para a determinação da massa específica aparente, porosidade aparente e absorção de água, testes de resistência à tração
e inflamabilidade do compósito proposto neste trabalho, foram confeccionadas placas retangulares medindo 32,0cm x 17,2cm
de poliéster insaturado utilizando resíduo de mármore e granito (RMG) como carga e fibra de coco com 3 cm de
comprimento como reforço.
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Foram realizados cálculos, com base no volume das placas, para determinar a quantidade necessária dos materiais
acima citados na mistura. Dessa forma, foram utilizados em todos os experimentos 1,5% de MEK-P e 1,5% de MET
com base em trabalhos já realizados nessa área, variando nos experimentos os valores de resina e RMG. As placas
contém 40% (170,5g) de RMG e 60% (204,7 g) de resina, variando assim, o percentual de fibra de coco que foram de
0,5% (1,82 g) e 1% (3,66 g) do peso total da placa. Utilizou-se, para bases de cálculo, 10% de erro para os valores dos
materiais, levando-se em conta o material perdido em todo o processo de confecção.
Após a pesagem, os materiais foram misturados em um béquer, com o auxílio de um bastão de vidro, em seguida
homogeneizados e despejados na forma retangular, que previamente foi umidificada com o material desmoldante
Desmojet líquido para facilitar a retirada do compósito após o período de cura e as fibras de coco espalhadas de forma
randômica. Logo após a mistura atingir o ponto de gel, era inserido um conjunto de pesos para facilitar a prensagem em
15 KN na prensa Karl Kolb D6072 Dreieich do material durante 30 minutos. Transcorrido esse tempo, o material era
retirado da forma. A Figura (4) apresenta a forma retangular utilizada para a conformação das placas.
Figura (4) – Forma retangular utilizada para a fabricação do compósito
Foram confeccionados dez corpos de prova de acordo com a norma ASTM D3039 para cada mistura determinada
para os testes de Massa Específica Aparente (MEA), Porosidade Aparente (PA), Absorção Aparente (AA) e ensaios de
tração e seis para os ensaios de inflamabilidade de acordo com a norma UL94, os quais podem ser visualizados na
Figura (5).
Figura (5) – Corpos de prova obtidos após a mistura e corte
Para realização dos testes de MEA, PA e AA, fez-se necessário obter os valores de massa seca, massa úmida e
massa imersa de cada um dos corpos retangulares confeccionados para cada mistura. Para obtenção dos valores de
massa imersa e massa úmida foi necessário deixar os compósitos imersos em água por um período de 24 horas. De
posse dos valores mássicos, fez-se uso das seguintes Equações (1), (2) e (3) para a obtenção dos valores das
propriedades dos materiais obtidos:
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MEA 
mS
mu  mi 
(1)
PA 
mu  mS  100(%)
mu  mi 
AA 
mu  mS  100(%)
(2)
(3)
MS
Sendo: MS= Massa seca; MU= Massa úmida; MI= Massa Imersa.
Para os testes de tração os corpos de prova foram confeccionados de acordo com a norma ASTM D3039 e foram
realizados no equipamento KRATOS KE.2000 MP, com capacidade de 19,6 kN, fez-se uso da Equação (4) para os
resultados de tensão de ruptura:

F
(4)
ASeçãotransversal
Para os testes de inflamabilidade os corpos de prova foram confeccionados de acordo com a norma UL94 e os
ensaios foram realizados no aparato composto por uma haste, queimador conectado a um botijão de gás e algodão
conforme a Figura (6). Os testes foram realizados para identificação dos tempos t1, t2, t3, no qual t1 é tempo de duração
da chama no corpo de prova após a primeira aplicação, em segundos, t2 é tempo de duração da chama no corpo de
prova após a segunda aplicação, em segundos e t3 é tempo de duração da chama mais incandescência após a segunda
aplicação, em segundos.
Figura (6) – Aparato para teste de inflamabilidade
Os critérios para a análise dos índices V0, V1 E V2 do teste estão classificados conforme com a Tabela (1).
Tabela (1) – Classificação dos Materiais segundo a norma UL94
Critérios
V0
V1
V2
Valores Individuais de t1 e t2
≤10s
≤30s
≤30s
Somatórios de (t1+t2)
≤50s
≤250s
≤250s
Valores Individuais de t3
≤30s
≤60s
≤60s
Queima ou chama ou incandescência até o prendedor
não
não
Não
Queima do algodão por gotas ou fagulhas emitida
não
não
Sim
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3.
RESULTADOS E ANÁLISES
Fazendo uso da Equação (1) foi obtido o valor da Massa Específica Aparente para cada corpo de prova, e em
seguida foi tirada uma média para cada mistura. A Figura (7) apresenta o gráfico de massa específica de acordo com o
percentual de fibra de coco.
Os valores de Porosidade Aparente e Absorção de Água foram obtidos a partir das Equações (2) e (3), sendo tirada
uma média, para as amostras de cada mistura e desvio padrão mostrado nas Tabelas (2) e (3). As figuras (8) e (9)
apresentam o gráfico de PA e AA respectivamente de acordo com o percentual de fibra de coco.
Propriedades
MEA (g/cm³)
PA (%)
AA (%)
Média
1,554
2,417
1,492
Desvio Padrão
0,021
0,468
0,550
Tabela 2 – Média e Desvio Padrão das propriedades da matriz com 0,5% em Fibra de Coco
Propriedades
MEA (g/cm³)
PA (%)
AA (%)
Média
1,559
2,642
1,682
Desvio Padrão
0,011
0,413
0,272
Tabela 3 – Média e Desvio Padrão das propriedades da matriz com 1,0% em Fibra de Coco
Figura (7) – Gráfico da Massa Específica Aparente de acordo com o Percentual de fibra de coco
Figura (8) - Gráfico da Porosidade Aparente de acordo com o percentual de fibra de coco
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Figura (9) - Gráfico da Absorção de Água de acordo com o percentual de fibra de coco
Como pode ser observado no Figura (7) a variação da massa específica aparente é muito pequena, cerca de
0,005g/cm³. A porosidade está diretamente ligada absorção de água do material, e ambos apresentam variação muito
pequena entre as misturas, cerca de 0,225% para a porosidade aparente e 0,103% para a absorção de água, isso mostra
que a variação do percentual de fibra de coco não é o principal fator para a alteração da massa específica, como é
analisado por Santos (2014) que o aumento do teor de resíduo na mistura do compósito acarreta no aumento da MEA do
corpo de prova, devido ao valor da densidade do rejeito ser superior ao valor da densidade da resina.
Fazendo uso da Equação (4) foram obtidos os valores das Tensões de ruptura para cada corpo de prova em seguida
foi tirada uma média e desvio padrão para cada mistura mostrados na Tabela (4). A Figura (10) apresenta os valores
médios da tensão de ruptura de acordo com o percentual de fibra de coco.
Média (N/mm²) Desvio Padrão
0,5% em fibra de coco
1,0% em fibra de coco
13,841
15,097
1,508
0,775
Tabela 3 – Média e Desvio Padrão da Tensão de ruptura da matriz com 1,0% em Fibra de Coco
Figura (10) - Gráfico da Tensão de Ruptura de acordo com o percentual de fibra de coco
Analisando os resultados, houve um aumento de 1,256N/mm² na tensão de ruptura da fibra com 0,5% em fibra de
coco para a mistura com 1,0%. Foi possível perceber através dos ensaios de tração que a fibra teve uma boa adesão a
matriz, na qual em alguns corpos de prova rompeu junto ao material e em outros casos o corpo de prova rompeu, sendo
sustentado apenas pela fibra, como mostra a Figura (11).
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Figura (11) – Ensaio de tração do Corpo de Prova
Levando em consideração os testes de inflamabilidade, o compósito não apresentou resultados favoráveis como
material retardante de chama, pois o material foi queimado totalmente, chegando a alcançar o prendedor como mostra a
Figura (12), sendo assim não apresenta uma classificação segundo os critérios da norma UL94. O tempo da chama teve
uma média de 207,75 segundos. Foi observado gotejamento em três corpos de prova.
Figura (12) – Teste de inflamabilidade do Corpo de Prova
4.
CONCLUSÃO
Até o presente momento, pode-se concluir que o processo de reutilização do resíduo de mármore e granito em
matriz polimérica é viável.
Os corpos de prova gerados não apresentaram ranhuras ou outros problemas de confecção, e o RMG foi facilmente
misturado à resina.
Analisando os valores de MEA, PA e AA, é possível verificar baixa variação em relação a variação do percentual
da fibra, isso ocorre pelo motivo de que a massa específica da carga ser superior a da resina e da fibra. Faz-se necessário
ainda avaliar os valores de resistência mecânica para então direcionar qual a melhor área para fazer a substituição por
esse material.
Os resultados do ensaio de tração das amostras apresentaram aumento da tensão de ruptura com o aumento do
percentual de fibra de coco.
Considerando os testes de inflamabilidade o material não apresentou bons resultados, podendo ser melhorados com
novos trabalhos incorporando minerais hidratados na composição do compósito.
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5. REFERÊNCIAS
Machado, R. A. F., Knies, C. T., Lopes, C. N. ; Checchinatto, F., Guarido,C. E., Milanez, K. W., Kuhnen, Nivaldo
Cabral., Riella, H. G. Reaproveitamento de resíduos industriais.Vol. 1, Acta Ambiental Catarinense, Chapecó, p.p 2941, 2002.
Lima, A. B. T. Aplicações de Cargas minerais em Polímeros. 4p. Dissertação (Mestrado) – Departamento de
Engenharia de Minas e de Petroleo, Universidade de São Paulo, 2007.
Thomazini, F. S. F. Pimentel Filho, M. V. Gelfuso. Propriedades mecânicas e ação da agua em compósitos de matriz
polimérica reforçada com fibra de coco segundo normas técnicas. Laboratório de Materiais e Instrumentação Eletrônica
– Universidade de Fortaleza, Fortaleza, 2006.
American Society for Testing and Materials, Standard Test Methods for Tensile Properties of Fiber-Resin Composites,
ASTM D 3039, USA, 1978.
Underwriters Laboratories Inc., Tests for flammability of plastic materials for parts in devices and appliances, UL94,
USA, 1991.
Oliveira, M. J. A. Efeito da adição de lama vermelha como carga nas propriedades mecânicas de compósitos de
poliéster insaturado reforçado com fibra natural de curauá (Ananas erectifolius). 2013. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Química) – Universidade Federal do Pará. Belém, 2013.
Santos, I. F., Pires, O. J. M., Silva, C. R., Souza, J. A. S. Reciclagem de resíduo de mármore e granito em matrizes
poliméricas para uso na construção civil. 2014. Programa de Pós Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da
Amazônia, Belém, 2014.