POTENCIAL DE MADEIRA ALTERNATIVA PARA PRODUÇÃO DE CHAPAS DE
PARTÍCULAS
F. M. Dias, M. F. Nascimento, F. A. R. Lahr
Av. Trabalhador Sãocarlense, 400, Centro, São Carlos, São Paulo, CEP 13566-590
E-mail: [email protected]
Área interunidades em Ciência e Engenharia de Materiais
Universidade de São Paulo, Campus São Carlos
RESUMO
Neste trabalho são apresentados os resultados de propriedades mecânicas de chapas de
partículas de madeira, fabricadas com espécie alternativa às madeiras usuais pelo setor comercial.
No processo de fabricação utilizou-se uma espécie do nordeste, Angico (Anadenanthera
macrocarpa), onde as partículas são distribuídas homogeneamente. Caracterizou-se também chapas
de partículas, fabricadas com a espécie de reflorestamento Eucalipto (Eucalyptus citriodora). Essas
chapas foram adquiridas no setor comercial e no processo de fabricação as partículas foram
dispostas em três camadas, sendo as duas camadas externas compostas de partículas mais finas,
garantindo um bom acabamento no produto final. Ambos métodos compreenderam: transformação
das toras em cavacos; picagem dos cavacos; adição de adesivos aos cavacos; prensagem à
determinada temperatura. O adesivo utilizado, uréia-formaldeído, é um adesivo com aplicação já
estabelecida para fabricação deste tipo de produto. Retirou-se das chapas corpos-de-prova que
foram ensaiados para a determinação de densidade aparente, resistência e módulo de elasticidade
na flexão estática, seguindo como metodologia de ensaio a Americam Society for testing and
Materials – ASTM. Os resultados obtidos para as chapas fabricadas com ambas as espécies
apresentaram alto potencial para fabricação de chapas de partículas.
Palavras-chaves: Madeiras, Chapas de partículas, Resistência, Rigidez.
INTRODUÇÃO
As chapas de partículas, ou aglomerado, são painéis formados por partículas de madeira. A
madeira é picada, transformada em partículas as quais são submetidas à secagem. O material já
seco recebe uma resina sintética e é encaminhado à prensa onde por aplicação de calor e pressão é
formado o painel.
(1)
Segundo Tomasselli , as principais fontes de matérias-primas utilizadas pelas fábricas de
madeira aglomerada são: resíduos industriais; resíduos de exploração florestal; madeiras de
qualidade inferior não industrializáveis de outra forma; madeira proveniente de trato cultural de
florestas plantadas e reciclagem de madeira sem serventia.
Etapas de produção das chapas de partículas
As chapas de partículas são fabricadas com partículas de madeira desidratada, aglomerados
(2)
com um adesivo orgânico, por ação de calor, de pressão, de umidade e de catalisadores . Segundo
(3)
Olmos , essas chapas são fabricadas por diferentes tipos de prensagem, que apresentam diferenças
significativas, dependente do número e do tipo de camadas de formação do colchão. Dependendo da
granulometria das partículas e o número de camadas com granulometrias diferentes, as chapas de
madeira aglomerada podem ser classificadas em chapas homogêneas ou chapas de camadas
múltiplas.
Nas chapas homogêneas, as partículas com granulometria variada apresentam-se na mesma
proporção em qualquer parte da chapa e resultam de uma única operação na formação do colchão.
As chapas de camadas múltiplas são formadas por três camadas. As partículas constituintes da
4745
chapa são distribuídas em operações sucessivas, simetricamente em relação a uma camada
(4)
central .
Partículas
As propriedades de aglomerados dependem basicamente do tipo de partículas usadas. Sua
preparação, desde a picagem, secagem e classificação até a resinagem, formação de colchão, são
(3)
os fatores mais importantes na produção de aglomerado .
A secagem é uma fase muito importante na fabricação de aglomerado. O contínuo aumento em
exigência na qualidade de aglomerados é uma das razões para manter o controle sobre o teor de
umidade final das partículas.
A classificação das partículas é feita após a secagem. Para aglomerados, vários tipos de
peneiras e classificadores pneumáticos podem ser usados para a peneiração das partículas de
diferentes tamanhos. A próxima etapa é a resinagem das partículas, que consiste na aplicação da
resina. A porcentagem mínima de resina requerida é de aproximadamente 7 a 10%, der acordo com a
massa da madeira.
A estação formadora é extremamente importante, pois uma chapa mal formada apresentará
grande variação nas suas propriedades devido à diferença de densidade na extensão da referida
(3)
chapa. Segundo Olmos , as partículas são movimentadas por meio de rolos, esteiras, ar e
combinação destas para então depositar as mesmas sobre uma placa metálica, lâmina plástica ou
correia de tecido.
Prensagem
Antes da prensagem é feita uma pré-prensagem para a consolidação do colchão. Em seguida,
os colchões são cortados em tamanhos previamente definidos e então são prensados, na maioria das
0
0
vezes, em prensa de múltiplas aberturas. A temperatura de prensagem varia de 130 C a 160 C e a
pressão nos pratos para a obtenção de chapas de densidade média situa-se na faixa de 14 a
2
35kgf/cm .
Na indústria de chapas de partículas é muito importante considerar o conjunto de condições
sob o qual as partículas são prensadas e consolidadas, tais como: temperatura, pressão e tempo de
prensagem. Esta fase do processo é conhecida como ciclo de prensa, onde ocorre a consolidação do
(5)
material e na qual são definidas, em grande parte, as propriedades finais do produto .
Acabamento
As chapas são resfriadas logo após a saída da prensa ou empilhadas ainda quentes para
permitir a continuação do processo de cura da resina, iniciado durante a prensagem à quente. Em
(6)
seguida, as chapas são esquadrejadas e o material de borda (resíduo) é retirado e reciclado .
O lixamento efetuado em chapas já esquadrejadas tem por finalidade remover qualquer
material solto da superfície bem como eliminar quaisquer riscos e irregularidades causadas à
superfície pelos pratos da prensa. Após o lixamento, as chapas são classificadas e então précortadas em tamanhos menores.
Propriedades das chapas de partículas
A determinação das propriedades físicas e mecânicas das chapas de partículas é estabelecida
(7)
pela norma americana ASTM/1982, D – 1037 . No Brasil não existe normalização para este tipo de
chapa, existe apenas um projeto em andamento.
A ASTM/1982 estabelece como necessário para avaliações físico-mecânicas das chapas de
partículas a execução dos seguintes ensaios:
• Densidade
• Tração perpendicular;
• Flexão estática e módulo de elasticidade na flexão estática;
• Teor de umidade;
• Inchamento;
• Dureza janka;
4746
•
•
tração paralela;
Compressão longitudinal.
Aplicações para as chapas de partículas
A madeira aglomerada possui múltiplas aplicações, dentre as quais se destacam a fabricação
de móveis e tampos de mesas, laterais de portas e de armários, divisórias, laterais de estantes e, na
indústria de construção civil, como chapas de madeira aglomerada com características acústicas e
térmicas, divisórias em geral, portas com revestimento adequado, forros e pisos com revestimento
endurecedor.
MATERIAIS E MÉTODOS
Foram utilizadas na fabricação das chapas de partícula a espécie de Angico e caracterizou-se
chapas comerciais fabricadas com Eucalipto. Com a utilização da espécie Angico, pretende-se propor
a substituição na utilização de madeira de algumas folhosas nas serrarias.
A espécie Angico (Andenanthera macrocarpa) é bastante freqüente no agreste e se apresenta
como promissora para o fornecimento de matéria prima para a produção de chapas de partículas. É
espécie provida de maior conteúdo de tanino, resinas, amido e outras substâncias que promovem
aderência natural, além de já serem utilizadas em reflorestamento na região.
A espécie Eucalipto (Eucalyptus citriodora) é uma das espécies mais plantadas no mundo,
considerada uma das espécies mais versáteis e indicadas para uso múltiplo. As madeiras
convenientemente manejadas podem produzir madeira excelente para serraria e laminação.
•
•
Equipamentos utilizados na fabricação das chapas
Os equipamentos necessários para o desenvolvimento desta pesquisa são:
o
Prensa hidráulica, modelo MA 098/50 (ver figura 01), temperatura até 200 C e carga até 70
toneladas.
o
Estufa, modelo MA 035, com circulação e renovação de ar, opera até 300 C.
a)
b)
Figura 01 - a) Prensa Hidráulica.
•
Moinho tipo Willye, modelo MA 680. Este moinho, apresentado na figura 02, foi utilizado na
obtenção de cavacos e partículas mais finas.
4747
Figura 02 – Moinho para processamento de madeiras.
Metodologia para ensaio das chapas de partículas
As toras de madeira da espécie Angico foram picadas e os cavacos secos ao ar. Pesou-se os
cavacos de maneira a se adequarem à superfície da prensa totalizando 1660g. Foram adicionados
10% de adesivo (uréia-formaldeído) em proporção do peso do cavaco a ser prensado, formando-se
assim um colchão que posteriormente foi posicionado no centro dos pratos quentes da prensa à uma
o
temperatura de 140 C e dez minutos de prensagem. Fabricaram-se 4 chapas de partículas nas
dimensões de 40X40cm e espessura de 1,5cm.
As chapas de partículas fabricadas com Eucalipto foram adquiridas no comércio de São Carlos.
Adquiriu-se uma chapa de 120X240cm e espessura 1,5cm. Estas chapas são fabricadas segundo a
metodologia apresentada para as chapas de Angico, diferindo apenas quanto à quantidade de
colchão. São formadas três camadas e colocadas uma sobre as outras, sendo as camadas externas
constituídas de partículas mais finas que a camada interna.
De ambas as chapas (fabricadas com Angico e Eucalipto), retirou-se 6 corpos -de-prova, num
total de 24 corpos-de-prova, para ensaio de densidade aparente, resistência e módulo de elasticidade
à flexão estática.
Os ensaios foram conduzidos de acordo com a norma Americam Society for Testing and
Materials - ASTM 7190/1996 – D1037. A massa específica aparente foi obtida pela expressão 1.
ρ=
m
v
(1)
3
onde: ρ = massa específica aparente, em g/cm ; m = peso do corpo-de-prova, em g; v = volume, em
3
cm .
Do ensaio de flexão estática obteve-se o módulo de ruptura (resistência à flexão) pela
expressão 2 e o módulo de elasticidade pela expressão 3.
R=
E=
3Pl
2bd 2
P1 l 3
4bd 3 y 1
(2)
(3)
2
Onde: l, b e d = comprimento, largura e espessura, em mm; R= módulo de ruptura, em kgf/cm ; P=
carga de ruptura, em kgf; P1= carga no limite de proporcionalidade, em kgf; E= módulo aparente de
2
elasticidade, em kgf/cm e y1= deformação no limite de proporcionalidade, em mm.
4748
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na tabela 1 apresentam-se os resultados obtidos para as chapas de partículas fabricadas com
a espécie Angico do nordeste brasileiro.
Tabela 1 - Resultados dos corpos-de-prova das chapas de Angico.
Corpos de
3
P (N)
P1 (N)
R (MPa)
E (MPa)
ρ (g/cm )
prova
AN1
311
207
15,7
3176
1,11
AN2
325
216
12,3
2849
1,08
AN3
483
322
18,9
3800
1,09
AN4
363
242
13,4
1625
1,06
AN5
423
284
19,3
2480
1,10
AN6
480
320
18,8
29701
1,00
AN7
533
355
19,2
3221
1,02
AN8
328
219
13,0
3218
1,08
AN9
350
233
13,5
2425
0,99
AN10
360
240
15,6
3256
1,13
AN11
304
202
13,6
3314
1,09
AN12
395
263
15,5
3603
1,09
15,7
2995
1,07
Média
Na tabela 2 apresentam-se os resultados obtidos para as chapas de partículas de
Eucalipto encontradas no setor de produtos derivados de madeira.
Tabela 2 - Resultados dos corpos-de-prova das chapas de Eucalipto.
Corpos de
prova
EU1
EU2
EU3
EU4
EU5
EU6
EU7
EU8
EU9
EU10
EU11
EU12
Média
3
P (N)
P1 (N)
R (MPa)
E (MPa)
ρ (g/cm )
603
614
622
630
652
660
633
622
778
656
794
626
402
410
415
420
435
440
422
415
519
435
529
417
16,9
17,2
17,4
17,6
18,3
18,5
17,8
17,4
18,6
15,7
19,0
14,9
17,4
2441
2618
2866
2496
2529
2589
2609
2665
3290
3130
3164
2113
2709
0,65
0,64
0,61
0,67
0,65
0,62
0,61
0,61
0,63
0,66
0,65
0,62
0,64
Comparando-se as médias apresentadas na tabela 1 com as médias apresentadas na tabela 2,
observa-se que o valor da densidade aparente obtido para a chapa de Angico é um pouco mais alto
que o obtido para a de Eucalipto. Os valores de resistência e módulo de elasticidade na flexão
estática das chapas de partículas fabricada com Angico estão bem próximos dos obtidos para as
chapas comerciais de Eucalipto.
4749
CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS
Através do estudo apresentado, observa-se que os derivados da madeira, em particular os
obtidos a partir de matérias primas alternativas, que é o enfoque deste trabalho, são uma alternativa
valiosa em substituição à madeira maciça nos diversos setores industriais, por serem produtos que
vêm contribuindo para reduzir a pressão sobre nossas florestas nativas.
É importante destacar que os derivados da madeira apresentam produção ascendente por
serem produtos já difundidos no mercado brasileiro e internacional. A madeira alternativa ora
proposta é viável à confecção de chapas de partículas por apresentar solução original quanto à
utilização de recursos disponíveis no Brasil.
Os resultados obtidos para resistência e módulo de elasticidade na flexão estática foram
satisfatórios para as chapas de partículas fabricadas com a espécie Angico. Isto pôde ser verificado
por comparação entre os valores das chapas de partículas fabricadas com a espécie angico e os
valores obtidos para as chapas comerciais de Eucalipto. Estes resultados obtidos possuem valores
próximos para ambas as chapas. Já a densidade aparente apresentou resultados mais altos para as
chapas de Angico, característica peculiar às madeiras do nordeste brasileiro.
AGRADECIMENTOS
À FAPESP, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo.
Ao CNPq, Conselho Nacional de desenvolvimento Científico e Tecnológico.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. I. TOMASELLI. Tendências de mudanças na indústria de painéis. In: REVISTA DA MADEIRA.
(2000). p.36-40.
2. A. C. VALENÇA. Painéis de madeira aglomerada. In: REVISTA DA MADEIRA. (2000). p.14-19.
3. M. A. C. OLMOS. Equipamento e processamento de fabricação de chapas aglomeradas a partir de
resíduos de madeira. (1992). 114p. São Carlos. Dissertação (Mestrado). Escola de Engenharia de
São Carlos, Universidade de São Paulo.
4. J. L. TONISSI. Madeiras e seus derivados na construção. (1985). 129p. São Carlos. Dissertação
(Mestrado). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.
5. A. A. MOSLEMI. Particleboard. Illinois, Southern Illinois University Press. (1974). 245p.
6. W. L. TADASHI. Painéis derivados de madeira: laminação e produção de painéis de compensados.
(1988). PADC - STI - MIC.
7. AMERICAN SOCIETY AND MATERIALS – ASTM (1996). Standard test methods for evaluating
properties of wood-base fiber and particle panel materials. Philadelphia. ASTM D1037.
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POTENTIAL OF ALTERNATIVE WOOD FOR MANUFACTURE OF
PARTICLEBOARDS
F. M. Dias, M. F. Nascimento, F. A. R. Lahr
Av. Trabalhador Sãocarlense, 400, Centro, São Carlos, São Paulo, CEP 13566-590
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Área interunidades em Ciência e Engenharia de Materiais
Universidade de São Paulo, Campus São Carlos
ABSTRACT
This paper shows mechanical properties results of foils of particleboards, manufactured with
alternative wood species and trading particleboards. In the production was used wood species from
northeastern Brazil, Angico (Anadenanthera macrocarpa), where the particles has distributed in
homogeneous form. It was also characterized particleboards manufactured with the species of
reforestation Eucalyptus (Eucalyptus citriodora) they were acquired from commercial section,
manufactured in three shavings layers. A good finish in the final product is achieved though two
external layers composed of finer particles. Both methods contain: to process the wood in timber and
the timber in shavings, to add adhesive on the shavings; to press in the appropriated temperature. The
adhesive used was urea-formaldehyde who has established application for production of wood-based
products. The physical properties, strength and elasticity were evaluated based on the ASTM D1037
standard, and the results were compared with those of industrial panels, demonstrating the feasibility
of this innovation in the particleboard manufacture.
Key-words: Wood, Particleboards, Strength, Stiffness.
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