CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS DE HDPE COM
FIBRAS DE ALGODÃO E ACRÍLICA
Juliana Lautert, Estevão Freire, Ademir J. Zattera, Mara Zeni
Depto. de Engenharia Química da UCS, CP. 1352, 95.001-970 Caxias do Sul/RS – [email protected]
Characterization of composites of HDPE with cotton and acrylic fibers
The incorporation of natural fibers in thermoplastic polymers has attracted the attention from scientists because they
contribute to the solution of environmental problems caused by the disposal of large volume of non-biodegradable
materials. Their use of composites has gained technical applications, such as automotive industries. The main
disadvantages of natural fiber-reinforced composites are the lack of good adhesion between fiber and matrix, which
results in poor properties of the final material. Therefore, it is necessary to decrease the hydrophilicity of the fibers by
chemical modification, or by the use of a coupling agent. In this work, cotton and acrylic fiber composites using HDPE
as the polymeric matrix, and Polybond 3009 as a coupling agent. Mechanical and thermal analysis was performed,
according ASTM methods. Results showed that the tensile strength of composites increased and the thermal
degradation of composites increased with higher fiber content.
Introdução
A estrutura da cadeia produtiva têxtil é
composta pelo setor de fibras e filamentos naturais e
químicos. Dados de 2003 mostram que o Brasil ocupa
o 42o lugar dentre os países exportadores de produtos
têxteis, e o 6o lugar no ranking dos países produtores de
fios e filamentos, tecidos, malhas e confecções. A
região sul do Brasil é responsável por 22,8% da
produção nacional, sendo 19,2% da produção nacional
de algodão e 2,8% de fibras artificiais/sintéticas. O
consumo nacional de algodão corresponde a 92,7% do
consumo de fibras naturais. O consumo nacional de
fibra acrílica corresponde a 19,6% do total de fibras
químicas (1).
A incorporação de fibras têxteis em polímeros
termoplásticos oferece a vantagem de obtenção de
materiais de baixo custo, com boas propriedades
mecânicas e para aplicações na indústria
automobilística e de mobiliário (2, 3).
Diversas fibras naturais celulósicas, tais como
o sisal, fibra do coco, juta, palma, bambu, madeira, têm
sido usadas como agentes de reforço para polímeros
termorrígidos e termoplásticos (4).
Como
desvantagem
dos
compósitos
reforçados com fibras naturais, há a falta de adesão
adequada entre a fibra e a matriz, devido à pouca
compatibilidade causada pela hidrofilicidade das fibras
celulósicas (5) e pelas características hidrofóbicas da
matriz, o que resulta em baixas propriedades do
material final (4). Este inconveniente pode ser
superado por meio de tratamento químico das fibras
(5).
A fibra acrílica é uma "commodity", sendo
amplamente utilizada na indústria têxtil, na indústria de
malharia e tecelagem, na confecção de pelúcias e na
indústria automobilística, como em pastilhas de freios,
coberturas, etc. Na indústria têxtil, a fibra acrílica tem
substituído em grande escala, a lã.
O objetivo deste trabalho foi analisar o potencial
de uso das fibras têxteis em uma matriz polimérica não
polar usando um agente compatibilizante (104).
Experimental
Processamento dos compósitos
Os compósitos poliméricos utilizando polietileno
de alta densidade como matriz e as fibras de algodão e
acrílica, separadamente, foram processados em
equipamento misturador de alta velocidade, do tipo Drais,
utilizando proporções de 10, 20 e 30 % em peso de fibra e
5 phr de Polybond 3009 como agente de acoplamento,
com tempo total de mistura de cerca 1 minuto. A
confecção das placas foi realizada em prensa hidráulica
Shulz, a 150°C, durante 5 minutos, utilizando força de
8000 kgf. Placas sem a adição de agente de acoplamento
foram também confeccionadas.
Os corpos de prova de tração e impacto foram
confeccionados a partir das placas moldadas, segundo as
dimensões estabelecidas nos métodos ASTM D638 para
os ensaios mecânicos de tração. Foram confeccionados 5
corpos de prova de tração .
Análise mecânica
Os ensaios de resistência à tração foram
realizados no equipamento de ensaios universal EMIC DL
2000, utilizando célula de carga de 2.000 kg e velocidade
de 50mm/min. Para a análise dos resultados foi calculada a
média aritmética dos resultados.
Análise térmica
A análise térmica dos compósitos com fibra
acrílica foi realizada utilizando o material retirado das
placas moldadas por compressão. As análises de
calorimetria diferencial de varredura foram realizadas em
1276
equipamento Shimadzu DSC-50 a 10o/min, utilizando
fluxo de 50mL/min de nitrogênio. As análises
termogravimétricas foram realizadas em equipamento
Shimadzu TGA-50, a uma taxa de 10o/min, utilizando
fluxo de 50mL/min de nitrogênio.
Os resultados da análise térmica dos compósitos
com fibra acrílica estão apresentados na Tabela 1 a seguir.
Resultados e Discussão
Os resultados da análise mecânica estão
mostrados na Figura 1 (a) e 1 (b) a seguir.
Os resultados da análise térmica mostram que
aumento do teor de fibra acima de 20% em peso reduziu a
60
PAN/HDPE s/ agente
PAN/HDPE c/ agente
HDPE
Resistência à Tração (MPa)
50
Teor de fibra
(% em peso)
10
20
30
40
Temperatura de Temperatura de Temperatura do
cristalização
fusão (oC)
início da
(oC)
degradação (oC)
sem
com
sem
com
sem
com
agente agente agente agente agente agente
112
117
141
137
314
322
112
118
140
137
315
319
109
113
142
141
312
316
30
20
10
0
5
10
15
20
25
30
35
Teor de Poliacrilonitrila (%)
Figura 1 (a) – Resistência à tração dos compósitos HDPE/fibra
acrílica
Algodão/HDPE s/ agente
Algodão/HDPE c/ agente
HDPE
40
Resistência à Tração (MPa)
Tabela 1 – Valores das temperaturas de cristalização, de fusão e do início
da degradação dos compósitos HDPE/fibra acrílica, com e sem agente de
acoplamento.
30
20
temperatura de cristalização do HDPE. Além disso, a
presença do agente de acoplamento deslocou as
temperaturas de cristalização dos compósitos para valores
mais elevados, e provocou a diminuição das temperaturas
de fusão. As composições com agente de acoplamento se
mostraram mais resistentes à degradação, embora o
aumento do teor de fibra reduzisse as temperaturas de
degradação com ou sem a presença do agente de
acoplamento.
Conclusões
Os resultados obtidos neste trabalho mostraram
que as fibras de algodão apresentaram os melhores
resultados mecânicos e o aumento do teor de fibra nos
compósitos deslocou o início da temperatura de
degradação para valores mais baixos. Pode-se concluir de
uma forma geral que os resultados indicam o potencial do
uso de fibras da planta como reforço com matrizes
termoplásticas para o uso em peças que não requerem
responsabilidade mecânica extrema.
10
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Teor de Algodão (%)
Figura 1 (b) – Resistência à tração de compósitos HDPE/ fibra de
algodão
Os resultados dos ensaios de resistência à
tração dos materiais mostraram que a influência do
agente de acoplamento foi maior no aumento da
propriedade para as composições elaboradas com fibra
de algodão, até 20% de fibra em peso. O agente de
acoplamento, que é um composto de polietileno
graftizado com anidrido maleico provavelmente tem
interações mais fortes com a celulose presente nas
fibras do algodão, produzindo maior resistência ao
esforço na interface fibra-matriz.
Agradecimentos
Os autores agradecem à Radici Group, e à
Paramount Têxteis, na pessoa do Sr. Edisson Salerno e à
Maira Finkler, pelas realização das análises térmicas.
Referências Bibliográficas
1. Brasil Têxtil 2004, Relatório Setorial da Cadeia Têxtil
Brasileira, São Paulo, 4, Agosto 2004.
2. L. Y. Mwaikambo, E. T. N. Bisanda, Polym. Testing,
18, 1999, 181-198
3. U. Riedel,J. Nickel, Die Ang. Makromol. CEIME,
272, 1999, 34-40.
4. P. J. Herrera-Franco, A. Valdez-Gonzalez,
Composites: Part A, 35, 2004, 339-345.
5. V. Tserki, P. Matzinos, C. Panayioyou, J. Appl.
Polymer Sci., 88, 2003, 1825-1835.
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Anais do 8o Congresso Brasileiro de Polímeros
1277
Anais do 8o Congresso Brasileiro de Polímeros
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