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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.88.2003.tde-29082003-105440
Documento
Autor
Nome completo
Rosana Vilarim da Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2003
Orientador
Banca examinadora
Spinelli, Dirceu (Presidente)
Carvalho, Jonas de
Claro Neto, Salvador
Frollini, Elisabete
Tarpani, José Ricardo
Título em português
Compósito de resina poliuretano derivada de óleo de mamona e fibras vegetais
Palavras-chave em português
compósito
fibras vegetais
óleo de mamona
poliuretano
tenacidade à fratura
Resumo em português
O novo paradigma de se preservar o meio ambiente e de se utilizar produtos naturais vem contribuindo para um maior interesse na utilização de materiais derivados da biomassa. Neste sentido, os compósitos poliméricos com fibras vegetais surgem como uma boa alternativa no campo dos materiais para aplicações de engenharia. Os principais objetivos deste trabalho foram o processamento e a caracterização do compósito formado por uma resina poliuretano derivada do óleo de mamona e fibras de sisal e coco. O processamento foi realizado utilizando-se a técnica de moldagem por compressão. As fibras foram utilizadas em diferentes formas como fibras curtas, fibras longas, tecido e fios contínuos. A caracterização foi realizada através dos seguintes ensaios: tração, flexão, impacto, tenacidade à fratura, absorção d’água e DMTA. Foi também avaliado o efeito do tratamento com hidróxido de sódio (10%), nas fibras de sisal e coco, nas análises realizadas. O resultados mostraram que o desempenho dos compósitos com fibras de coco foi inferior aos compósitos com fibras de sisal, e mesmo ao poliuretano. Nos ensaios de tração e flexão, as fibras longas de sisal apresentaram o melhor efeito de reforçamento, seguido dos fios contínuos, fibras curtas e tecido. Nos ensaios de impacto e tenacidade à fratura, o melhor desempenho foi dos compósitos com tecido de sisal. O efeito do tratamento alcalino variou em função do tipo de ensaio e da geometria do reforço. Nos ensaios de tração e flexão, o seu efeito foi positivo para os compósitos com fibras longas e curtas, e negativo para os compósitos com tecido e fios, devido à deterioração da estrutura dos fios. Nos ensaios de tenacidade e impacto foi prejudicial, pois ao melhorar a aderência na interface, reduziu os principais mecanismos de absorção de energia, que são, a extração de fibras e o descolamento na interface. Com relação às medidas de absorção d’água, foi observado aumento no nível de absorção dos compósitos com o aumento da fração volumétrica de fibras. O máximo percentual de absorção foi de 17%, para os compósitos com fibras curtas de coco não tratadas. Este percentual diminuiu com o tratamento alcalino das fibras. Na análise térmica dinâmico mecânica, de uma forma geral, os compósitos mostraram acréscimo do módulo de armazenamento e decréscimo do amortecimento e da temperatura de transição vítrea, Tg, em relação ao poliuretano. Este comportamento foi proporcional ao aumento da fração volumétrica de fibras.
Título em inglês
Composite based on polyurethane resin derived from castor oil and vegetable fibers
Palavras-chave em inglês
castor oil
composite
fracture toughness
polyurethane
vegetable fibers
Resumo em inglês
The new paradigm in preserving the environment and the use of natural products has contributed to increase the interest in the development and use of derived biomass materials. In this sense, the polymeric composites with natural fibers appear to be a good alternative for engineering applications. The main targets of this work were the processing and characterization of composites obtained by a polyurethane resin derived from castor oil and sisal and coir fibers. The compression moulding technique was used to process the composite. The fibers were employed in different forms such as: short fibers, long fibers, biaxial weave and continuos yarns. Tension, bend, impact, fracture toughness, water absorption and DMTA tests were used to characterize the composites. The sodium hidroxide (10%) treatment effect on the sisal and coir fibers was also evaluated. The results showed, in general, that the coir fibers composites performance were inferior to the sisal fibers composites, and even to the polyurethane matrix. Under tension and bending conditions, the long sisal fibers presented the best reinforcement effect, followed by the continuous yarns, short fibers, and the biaxial weave. Under impact and fracture toughness tests, the best performance was enhanced by sisal weave composites. The alkaline treatment effect varied in accordance with test type and reinforcement geometry. In tension and bending tests, its effect was positive for composites with short and long fibers and negative for composites with weave and yarns. This late was due to deterioration of the yarn structure. In the impact and toughness tests, the alkaline treatment effect was harmful, because when adherence is improved at the interface, the main energy absorption mechanisms are reduced, that mean, the fibers are pulled out and interface is debonded. Water absorption measurements showed an increase in the absorption level for the composites with higher volumetric fraction of fibers. The maximum water absorption was 17% for composites with non-treated coir short fibers. This percentage decreased for composites with treated fibers. In the dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) the composites showed an increased storage modulus and a decreased glass transition temperature, Tg, when compared to polyurethane matrix. This behaviour was proportional to the increase of the fibers volumetric fraction.
 
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Data de Publicação
2003-11-10
 
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