AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES DE COMPÓSITOS UTILIZANDO
RESIDUOS DE FIBERGLASS
Marília Verônica Molin Tonela1, Daniel Casiraghi 1, Estevão Freire1, Cristiane A. B. Vieira1, 2Mara Zeni,
Ademir J. Zattera 1
1
Departamento de Engenharia Química da UCS – DENQ e 2 Departamento de Física e Química da UCS - DEFQ
Programa de Pós-Graduação em Materiais(PGMAT)
Caixa Postal 1352, 95020-972 – Caxias do Sul/RS – [email protected]
Study of incorporation of wastes of the fiber reinforced polymers( FRP) by compression process.
In this work, mechanical properties of composites manufactured with polyester resin, calcium
carbonate and fiberglass waste from automotive industry were evaluated. The fiberglass was milled
and used in the formulations in different content. The influence of each component was evaluated in
tensile and impact tests.. Results showed that the increase of resin content caused a decrease of
impact strength., but this property increased when the waste content increased. Higher resin content
caused a decrease of tensile strength of materials.
Introdução
Os chamados plásticos reforçados são largamente utilizados no setor de transporte
coletivo. As peças utilizadas em ônibus, trens e automóveis, feitas de resina poliéster com fibra de
vidro, apresentam em geral boa resistência mecânica, facilidade de projeto, beleza e segurança. As
empresas que atuam neste segmento optaram pelo plástico reforçado como elemento substituto ao
aço, e em segundo lugar ao alumínio. A resistência à corrosão que o “PRFV” (plástico reforçado
com fibra de vidro) proporciona estabelece um contraponto aos inúmeros reparos que as peças de
aço comumente necessitam. As empresas geralmente usam os processos de fabricação de
compósitos do tipo laminação manual (“hand lay-up”), pistola (“spray-up”) e moldagem por
transferência de resina (RTM) [1].
A crescente utilização de polímeros termorrígidos reforçados com fibra de vidro no setor
automobilístico traz, entretanto, a produção de resíduos sólidos, que advém de seu processamento.
A estabilidade química, física e térmica desses compósitos constitui em um desafio para seu
reaproveitamento, devido à impossibilidade de utilização em processos que utilizem ciclos de
aquecimento/resfriamento [1,3,4]. Somente na região de Caxias do Sul, são gerados cerca de 80
toneladas por mês de resíduos compósitos de resina poliéster reforçada com fibra de vidro [2]. .
Na União Européia estima-se que sejam gerados anualmente um milhão de toneladas de
materiais termorrígidos [4]. Existem várias alternativas para destino destes resíduos: produção de
energia, pirólise para obtenção de combustíveis [4], moagem e incorporação no asfalto [3] e mistura
a polímeros termoplásticos para aplicações diversas[5,6,7]. Alguns países como França, Alemanha,
Itália e Holanda possuem plantas piloto de reciclagem de PRFV, motivados por políticas
governamentais [3].
Neste trabalho, resíduos da fabricação de compósitos fabricados pelo processo de
laminação à pistola para a indústria de ônibus foram utilizados como carga para elaboração de
novos compósitos com o objetivo de verificar o teor máximo de reaproveitamento desse material,
em face das propriedades obtidas.
Experimental
Processamento dos compósitos
O material utilizado como resíduo foi obtido de rebarbas, ou seja, excessos laterais dos
moldes, ou mesmo de detalhes internos na peça laminada, como furos ou rasgos. A moagem do
material foi realizada utilizando moinho de martelos Nogueira DPM -500. A granulometria do
material moído foi determinada em peneira marca tipo Bertel utilizando um classificador marca
Produtest.A mistura entre a resina poliéster ortoftálica (UC 5518, Elekeiroz), o resíduo e o agente
de cura (AAP, Curox M200 SR – Lapor Catalists e Initiator,1,5 % sobre o peso da resina), o
carbonato de cálcio (Inacarb 400 – Klabin) e p-meck foi realizada em um misturador planetário
Pavitest, 5 litros, por um perído de 5 minutos. A adição de peróxido foi realizada posteriormente a
homogenização e a mistura foi agitada por 1 minuto. A moldagem por compressão foi realizada
utilizando uma prensa Schulz, 10 toneladas, a uma temperatura de 70 oC, por um perído de 10
minutos. As composições resina/resíduo/carbonato realizadas neste trabalho estão mostradas na
Tabela 1.
Tabela 1 – Composições realizadas neste trabalho
1
2
3
4
5
6
Resina (%)
16,5
23,3
29,6
33,33
50
37,5
CaCo3 (%)
41,75
38,35
35,2
33,33
-
62,5
Resíduo (%)
41,75
38,35
35,2
33,33
50
-
A quantidade foi fixada em 50% de resíduo e 50% de carbonato de cálcio, conforme se
aumenta o teor desta carga também é aumentada, com a finalidade de diminuir a porosidade do
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compósito e melhorar o acabamento superficial.
Caracterização dos compósitos
Corpos de prova de tração e impacto Charpy foram usinados segundo dimensões
estabelecidas nas normas ASTM correspondentes. Os corpos de prova foram acondicionados em
umidade e temperatura ambiente durante 48 horas.
Resultados e Discussão
Análise Granulométrica
Os resultados da análise granulométrica do resíduo moído estão mostrados na Tabela 2.
Tabela 2 – Resultado da análise granulométrica do material moído em moinho de martelos
Peneira
Abertura da tela
Teor de massa retida
(mm)
(%)
7 1/2”
19,05
34,6
5”
12,7
13,3
3/4”
9,52
1
1 7/8”
4,76
4,2
7/8”
2,22
2,9
Bandeja
Fundo (bandeja)
44
Resistência à tração
A análise dos resultados obtidos nos ensaios é mostrada separadamente de acordo com a
quantidade de material utilizado , a fim de verificar a influência de cada um deles e principalmente
do resíduo de PRFVe os resultados obtidos são apresentados nos gráficos a seguir.
A Figura 1 a mostra a influência do resíduo de fibra de vidro nas composições elaboradas. A
partir dos resultados obtidos, é possível observar que a medida que se aumenta a percentagem de
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resíduo, a resistência à tração aumenta. A partir de 41,75% de resíduo as propriedades diminuem
provavelmente devido à má dispersão da carga ou ao efeito não-reforçante da carga.
20
Resistência à tração (MPa)
18
17,15
16
14,81
14
12
11,9
10
8
5,79
6
3,25
4
2
0
33,33
35,2
38,35
41,75
50
Teor de resíduo (%)
Figura 1 - Resistência à tração vs teor de resíduo para ass formulações elaboradas
A Figura 2 mostra a influência da resina nas formulações elaboradas. Pode-se observar que
quanto maior a quantidade de resina, menor a resistência à tração do material. Porém, se a resina
for usada em quantidade muito pequena, a resistência da placa fica comprometida.
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20
Resistência à tração (MPa)
18
17,15
16
14,81
14
11,9
12
10,87
10
8
5,79
6
4
3,25
2
0
16,5
23,3
29,6
33,33
37,5
50
Teor de resina (%)
Figura 2 - Resistência à tração vs teor de resina nas formulações elaboradas
A Figura 3 apresenta a influência da adição de carbonato de cálcio na resistência à tração das
formulações usadas. Assim, a partir de 38,35% o efeito do carbonato sobre o compósito é
aumento da fragilidade, além do fato que o teor de resina fica abaixo de 25%, que é o teor ideal
para que ocorra a maior aderência entre os componentes do compósito. Assim como o resíduo, o
carbonato de cálcio também aumentou a resistência à tração das composições, que aumenta
gradativamente com o aumento de CaCO3. Porém, as formulações com baixa quantidade de
resina em relação aos outros componentes (no caso em que se usou 41,75% de carbonato),
apresentaram resistência à tração fica prejudicada.
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Resistência à tração (MPa)
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
17,15
14,81
11,9
10,87
3,25
33,33
35,2
38,35
41,75
Teor de carbonato de cálcio (%)
62,5
Figura 3 - Resistência à tração vs teor de CaCO3 para as formulações elaboradas
Ensaios de resistência a impacto Charpy
A análise dos resultados obtidos nos ensaios são mostradas separadamente de acordo com a
influência de cada tipo de material.
A Figura 4 mostra a influência do resíduo na resistência ao impacto dos compósitos. Pode
ser observado que a resistência ao impacto aumenta à medida que se aumenta o teor de resíduo.A
análise dos resultados mostra que o valor mais alto para propriedades de impacto foi de 1,27
J/m2,utilizando 41,75 de resíduos, mas está composição reduz de forma drástica as propriedades de
Resistência impacto (J/m2)
tração (figura 3).
1,5
1,27
1,2
0,9
0,78
0,85
0,57
0,6
0,36
0,3
0
33,33
35,2
38,35
41,75
Teor de resíduo (%)
50
Figura 4 - Resistência ao impacto Charpy vs) teor de resíduo para as composições elaboradas
A Figura 5 apresenta a inflüência do teor de resina na resistência ao impacto dos materiais;
pode-se observar que a medida que se aumenta o teor de resina, ocorre queda nas propriedades
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de impacto. Este fato pode ser explicado devido a diminuição relativa do teor de reforço, pois
quanto mais resina se utiliza, menor é a quantidade de elemento de reforço (CaCO3 e FV),
Resistência impacto (J/m2)
tornando a peça mais frágil.
1,6
1,27
1,2
0,85
0,78
0,8
0,57
0,36
0,4
0
0,23
16,5
23,3
29,6
33,33
Teor de resina (%)
37,5
50
Figura 5 - Resistência ao impacto Charpy vs teor de resina para as composições elaboradas
A Figura 6, que mostra a influência da presença do carbonato de cálcio nas composições
estudadas, evidencia o fato de que a resina em determinadas quantidades compromete a
resistência ao impacto do material, pois a medida que se aumenta o uso de carbonato, aumentam
também as propriedades, apresentando queda quando usado em 62,5% somente com resina.
1,6
Resistência impacto (J/m2)
1,27
1,2
0,78
0,8
0,57
0,4
0,36
0,23
0
33,33
35,2
38,35
41,75
Teor de carbonato de cálcio (%)
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62,5
Figura 6 - Resistência ao impacto Charpy vs quantidade de CaCO3
A melhor composição foi determinada analisando os resultados de resistência a tração e
resistência ao impacto e a composição demonstrada na tabela 2 foi a que obteve as melhores
propriedades mecânicas, com um menor custo e bom acabamento superficial (vide figura 7).
Tabela 2 -Compósito com melhores propriedades e que gera uma diminuição de custo de produção
em relação ao processo utilizando fibra virgem
Quantidade de resíduo
38,35%
Quantidade de resina
23,3%
Quantidade de CaCO3
38,35%
Resistência ao impacto Charpy
0,78 J/m2
Resistência à tração
17,15 MPa
Figura 7 - Placa confeccionada com resíduo
Conclusões
A adição de carbonato resultou em um material com bom acabamento superficial e diminuiu
a incidência de bolhas no compósitos. Por outro o excesso de carbonato fragiliza o material, sendo
inviável o seu uso comercial.
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Agradecimentos
Os autores agradecem à FAPERGS e CNPq pelo apoio financeiro e bolsas de iniciação
científica.
Referências Bibliográficas
1. E.M. Araújo, K. D. Araújo, O. D. Pereira, P. C. Ribeiro, T.J. A. Mello, Polímeros: Ciência e
Tecnologia, 2006, vol. 16,, no 4, p.332-335.
2. G.A. Carvalho, P. Risson, S.L. Vieira, M. Zeni, A. J. Zattera, Polímeros: Ciência e Tecnologia,
1998, vol. 8, no 3, p.89-92.
3. A. Conroy, S. Halliwell, T. Reynolds, Composites: Part A 37, 2006, 1216-1222.
4. S.J. Pieckering, Composites: Part A 37, 2006, 1206-1215.
5. K. Blizard, J. Portway, 1998, vol 22, no 5, 8-12.
6. S. George, S. Dillman, ANTEC 2000, http://www.sperecycling.org/papers.htm.
7. T.N. Reynolds, S. Halliwell, A. Conroy, 2004, vol 5, no 2, 29-34.
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