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Com a crescente preocupação ambiental, a indústria dos materiais compósitos tem vindo a substituir as tradicionais fibras de vidro por fibras naturais de origem vegetal, pois estas podem ser encontradas com abundância na natureza, são biodegradáveis, amigas do ambiente, não são tóxicas e são de baixo custo. Apresentam ainda boas propriedades mecânicas, boas propriedades de isolamento térmico e acústico e baixo peso. Apesar das vantagens supramencionadas, as fibras vegetais também apresentam algumas limitações, como por exemplo: baixa resistência à temperatura e fraca adesão com as matrizes poliméricas sintéticas, principalmente com as termoplásticas, por serem hidrofílicas. A adesão entre as duas fases tem vindo a ser melhorada submetendo as fibras vegetais a tratamentos físicos e/ou químicos. No presente trabalho produziram-se e caracterizaram-se compósitos laminados de matriz de epóxido reforçada com fibras da casca de eucalipto. A casca de eucalipto é considerada como um subproduto de baixo valor económico, ou seja, um resíduo. Este facto e o de não serem encontrados trabalhos de investigação com fibras extraídas da casca de eucalipto, nomeadamente como reforço de compósitos, constituíram a principal motivação para a seleção deste material para o desenvolvimento deste trabalho. Utilizou-se a casca de eucalipto da espécie E. globulus, que é a espécie predominante em Portugal. A resina utilizada é a Surf Clear EVO, uma resina considerada de última geração, desenvolvida com recurso a novas formulações mais ecológicas, ou seja, um material mais amigo do ambiente, pois contém na sua composição 40 % de “Carbono Verde”, proveniente de biomassa. De acordo com a sua ficha técnica é compatível com fibras naturais. Foram produzidas e utilizadas fibras de pequenas dimensões, 40 mm, distribuídas de forma aleatória numa “espécie de manta”. Os compósitos laminados foram produzidos por moldação manual seguido de compressão em molde fechado. Foram também fabricadas placas reforçadas com fibras de sisal, de linho e de vidro, de forma a ter um resultado comparativo. As fibras da casca de eucalipto foram primeiramente extraídas, utilizando o método de maceração, ou seja, as cascas de eucalipto foram deixadas na água à uma temperatura ambiente durante uma semana, em seguida, foram higienizadas com água de forma a eliminar impurezas superficiais. Com as cascas higienizadas, as mesmas foram “batidas” com um martelo, para facilitar o processo da extração das fibras, em seguida as fibras extraídas foram secas de forma natural. Um lote de fibras foi submetido ao tratamento de mercerização numa solução aquosa de hidróxido de sódio com concentração de 30%. As fibras da casca de eucalipto maceradas foram caracterizadas fisicamente, tendo-se determinado as suas dimensões e a densidade, concluindose que possuem uma densidade inferior à da maioria das fibras vegetais. Todos os compósitos produzidos foram estudados microscopicamente e sujeitos a ensaios de tração, constatando que, de entre todos, os compósitos reforçados com fibras da casca de eucalipto, macerada e mercerizada, são os que apresentam menor resistência à tração, 30 e 27 MPa respetivamente, sendo inferior à resistência à tração da matriz sem reforço. Por outro lado, o valor do módulo de elasticidade dos compósitos reforçados com essas fibras é superior ao valor encontrado para a resina individualmente. Em termos de aderência não se observou arrancamento das fibras extraídas da casca de eucalipto. Os compósitos reforçados com fibra de vidro são os que apresentam uma resistência à tração mais elevada, 94 MPa, apesar de não apresentarem um valor de módulo de elasticidade superior aos compósitos reforçados com fibras naturais (linho e sisal). O compósito reforçado com fibra de sisal apresenta um módulo de elasticidade dentro do indicado na bibliografia, 5,7 GPa. ABSTRACT: With the growing concern for the environment, the composite materials industry has been replacing traditional glass fibers with natural fibers of vegetable origin, as these can be found in abundance in nature, are biodegradable, environmentally friendly, are non-toxic and are of low cost. They also have good mechanical properties, good thermal and acoustic insulation properties, and low weight. Despite the advantages, vegetable fibers also have some limitations, such as: low temperature resistance and poor adhesion with synthetic polymeric matrices, especially thermoplastic ones, as they are hydrophilic. The adhesion between the two phases has been improved by subjecting the plant fibers to physical and/or chemical treatments. In the present work, laminated composites of epoxide matrix reinforced with eucalyptus bark fibers were produced and characterized. Eucalyptus bark is considered a by-product of low economic value, that is, a residue. This fact and the fact that no research works were found with fibers extracted from eucalyptus bark, namely as reinforcement for composites, constituted the main motivation for selecting this material for the development of this work. The eucalyptus bark of the E. globulus species, which is the predominant species in Portugal, was used. The resin used is Surf Clear EVO, a resin considered to be of the latest generation, developed using new, more ecological formulations, that is, a more environmentally friendly material, as it contains 40% of “Green Carbon” in its composition, from biomass. According to its technical sheet, it is compatible with natural fibers. Fibers with short dimensions, 40 mm, were produced and used randomly distributed in a “kind of blanket”. Laminated composites were produced by manual molding followed by compression in a closed mold. Plates reinforced with sisal, flax and glass fibers were also manufactured, to have a comparative result. The eucalyptus bark fibers were first extracted using the maceration method, that is, the eucalyptus barks were left in water at room temperature for a week, then washed with water to eliminate surface impurities. With the peels sanitized, they were “crushed” with a hammer, to facilitate the fiber extraction process, then the extracted fibers were dried in a natural way. A batch of fibers was submitted to the mercerization treatment in an aqueous solution of sodium hydroxide with a concentration of 30%. The macerated eucalyptus bark fibers were physically characterized, having determined their dimensions and density, concluding that they have a lower density than most plant fibers. All composites produced were studied microscopically and subjected to tensile tests, noting that, among all, the composites reinforced with macerated and mercerized eucalyptus bark fibers are those with the lowest tensile strength, 30 and 27 MPa respectively, being lower than the tensile strength of the matrix without reinforcement. On the other hand, the value of the modulus of elasticity of composites reinforced with these fibers is higher than the value found for the resin individually. In terms of adhesion, no pulling of fibers extracted from eucalyptus bark was observed. Composites reinforced with glass fiber are those with the highest tensile strength, 94 MPa, despite not having a higher modulus of elasticity than composites reinforced with natural fibers (flax and sisal). The composite reinforced with sisal fiber presents an elastic modulus within that indicated in the bibliography, 5.7 GPa. |
