Efeito da sequência de camadas e tratamento químico nas propriedades do tecido laminado do compósito híbrido de kenaf-aramida

UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL
PRÓ-REITORIA ACADÊMICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA
DE MATERIAIS E PROCESSOS SUSTENTÁVEIS
MESTRADO PROFISSIONAL
KARINE SILVA
Canoas
2016
Efeito da sequência de camadas e tratamento
químico nas propriedades do tecido laminado do
compósito híbrido de kenaf-aramida
Autores: YAHAYA, R., SAPUAN, S. M., JAWAID, M., LEMAN, Z., & ZAINUDIN, E. S.

KENAF (Hibiscus cannabinus L. )
• Maiores produtores: India,
China, Bangladesh e Malasia
• Plantio ideal em climas
tropicais ou subtropicais
• Fibras longas obtidas a partir
da casca ou do caule
•A produção estimada de
272.000 toneladas em 2008
Figura 1 – Demonstrativo das fibras do Kenaf
Fonte: (Google Imagens, 2016)
2
1. Introdução

KENAF (Hibiscus cannabinus L.)
Figura 2 – Plantação de kenaf
Fonte: (INTERNATIONAL NATURAL FIBER ORGANIZATION, 2016)
Figura 3 – Caules de kenaf cortados prontos para transporte
Figura 4 – Perfil do caule descascado
Figura 5 – Kenaf cardado
Fonte: (GREENFIRM BD, 2016)
3

Figura 6 – Kenaf na forma de farelo para absorção
Fonte: (HEMP INC., 2016)
Figura 7 – Peças automotivas a partir de fibras naturais
Fonte: (FLEX FORMS TECHNOLOGIES, 2016)
Figura 8 – Painéis de isolamento de som
Fonte: (ARCHPRODUCTS, 2016)
Figura 10 – Diferentes tipos de materiais
construtivos
Fonte: (WEBBER, BLEDSOE, & BLEDSOE, 2002)
Figura 9 – Diferentes tipos de materiais construtivos
Fonte: (WEBBER, BLEDSOE, & BLEDSOE, 2002)
ABSORVENTES ORGÂNICOS
COMPOSTOS POLIMÉRICOS
ISOLAMENTO
BIOPLÁSTICOS
4

INTRODUÇÃO
Figura11- Colete à prova de bala
(AMÉRICA BLINDAGEM, 2016)
ARAMIDA - KEVLAR® (DuPont)
5

Materiais Origem Espessura do fio Gramatura/
Densidade
Tecido de kenaf Tecido manualmente 2,3mm 552g/m²
Tecido de Kevlar® DuPont® 0,3mm Não se aplica
Resina epoxi D.E.R. 331 Não informado Não se aplica 1,08g/m³
Agente de cura 905-3S Não informado Não se aplica Não informado
2. Materiais e Métodos
2.1 Materiais
Figura 12 – Tecido de kenaf e Kevlar® usados nos testes
Fonte: Fonte: (YAHAYA & et al, 2015) 6

Material Concentração
Tamanho da amostra
Tempo / Temperatura
Soda Cáustica 6% - -
Kenaf - 200x200mm² -
Submersão - - 3h / T.A.
Secagem - - 24h / T.A.
Lavagem com água
destilada
- - T.A.
Secagem - - 60ºC/24h
2.2 Tratamento químico do tecido de Kenaf
8

2.3 Produção dos compósitos laminados
9
• Recortar amostras de 20x20cm dos
materiais;
• Definição da sequencia de camadas;
• Adição agente desmoldante;
• Colocação das amostras sobre o
molde;
• Adição da resina epóxi e catalisador;
• Aplicação de pressão sobre o molde
através de peso morto;
• Cura de 24h a temperatura
ambiente;
• Pós-cura de 70ºC por 2h;
• Retirada do molde.
Figura 13 – Molde para fabricação dos compósitos laminados
Fonte: Fonte: (YAHAYA & et al, 2015)

10
Figura 13 – Compósitos com diferentes sequências de camada kenaf e Kevlar®

Item Ensaio Equipamento Norma
2.4 Resistência a tração Instron 33R 4484 ASTM: D-3039-14
2.5 Resistência a flexão Instron 33R 4484 ASTM: D790-10
2.6 Resistência ao impacto Charpy test ASTM: D256-10
2.7
Microscopia eletrônica de
varredura
LEO VIPSEM, Carl Zeiss,
Germany
-
Figura 14– Equipamento para ensaio
de tração
Fonte: (INSTRON, 2016)
de flexão 3 pontos
Fonte: (INSTRON, 2016)
de impacto Charpy
Fonte: (KELVN LABS, 2016)
Figura 17– Figura 10– Equipamento
para ensaio de microscopia eletrônica
de varredura
Fonte: (FEI, 2016)
11

3. Resultados e discussões
3.1 Resistência a tração
12
Amostras do compósito a/K/a tem resistência à tração ligeiramente superior (8%) quando comparado a k/A/k. A tensão a
ruptura do composto hibrido A/k/A é levemente maior do que o compósito k/A/k e A/k/A/k. Isto indica que a colocação do
tecido externo com elevada resistência à tração e kenaf nas camadas internas melhora as propriedades de tração do
compósito. Compositos de 4 camadas são mais resistentes à tração do que os de 3 camadas. O aumento da resistência
à tração do compósito de 4 camadas é devido a adição de mais uma camada de Kevlar. O módulo de resistência a
tração do kenaf/epoxi tratado é melhor do que o não tratado.
Figura 18 – Ensaio de tração dos compósitos em estudo
Figura 19 – Módulo e resistência a tração dos compósitos de kenaf-Kevlar, kenaf/epóxi,
puro epóxi e Kevlar/epoxi

3.2 Resistência a flexão
13
Os compósitos de kevlar-epoxi são muito mais rígidos e fortes do que kenaf-epóxi. Os compósitos híbridos
apresentaram valores intermediários O laminado de 3 camadas kenaf-kevlar exibiu resistência menor do que o de 4
camadas.
A média das propriedades de flexão dos tecidos de kenaf tratados foram levemente melhores dos que os não tratados
Estes podem ser indicativos positivos do efeito da mercerização com 6% de NaOH no tecido de kenaf. O tratamento
químico também pode ter contribuído para afinar a estrutura de tecido,o que aumentaria a penetração da resina epóxi
nas camadas de tecido, reduzindo os espaços vazios do compósito e resultando na melhoria das propriedades de flexão.
Figura 20 – Ensaio de flexão dos compósitos em estudo
Figura 21 – Modulo e resistência a flexão dos compósitos kenaf-Kevlar, kenaf/epoxi, puro
epóxi e Kevlar/epoxi

3.3 Resistência ao impacto de Charpy
14
Figura 22 – Energia de absorção de impacto e resistência do teste Charpy dos compósitos
kenaf-Kevlar, kenaf/epóxi, puro epóxi e kevlar/epoxi
Os compósitos híbridos têm uma resposta semelhante em termos de energia de impacto e resistência. Verificou-se que
compósitos de 4 camadas apresentam melhor resistência ao impacto Charpy que amostras de 3 camadas. Baixa energia
de impacto e resistência de impacto para amostra A/k/A/k onde a superfície do kenaf foi submetida a tratamento, pode
ser devido a falha no processo de fabricação do compósito. O efeito do tratamento químico foi observado na amostra
k/ET, a amostra tratada teve energia de absorção de impacto levemente inferior quando comparada a amostra não
tratada nenhuma alteração foi observada em relação a amostra não tratada de kenaf/epóxi.
?

3.4 Microscopia eletrônica de varredura
15
Figura 23 – Imagens da tensão de fratura da amostra com sequencia de
camadas k/A/k através da microscopia eletrônica de varredura
Figura 24 – Imagens da tensão de fratura da amostra com sequencia de
camadas A/k/A através da microscopia eletrônica de varredura
Foi observado na figura 23 que há extração de fibra, incompatibilidade fibra-matriz, rachaduras da matriz e vazios na amostra
k/A/k. Isso pode explicar o baixo desempenho no teste de tração. Na figura demonstra a camada exterior do compósito A/k/A, o
Kevlar absorve a tensão e distribui nos compósitos, isto pode explicar o bom desempenho no teste de tração.

4. Conclusões
16
O presente estudo trata da investigação sobre o efeito da sequência de camadas e tratamento
químico de compostos híbridos de tecidos kenaf-Kevlar. Este estudo revela que:
•A sequencia de camadas kenaf-Kevlar afeta as propriedades de tração, flexão e impacto dos
compósitos.
•Na tração, o compósito com camadas de Kevlar apresentam propriedades de tração
ligeiramente melhores do que as camadas de kenaf. O compósito com 4 camadas apresenta
resistência a tração maior do que o compósito de 3 camadas. O tecido de kenaf tratado
melhorou as propriedades de tração dos compósitos.
•Na flexão, compósitos híbridos com camadas de Kevlar tem resistência a tensão ligeiramente
maior quando comparados ao kenaf. O laminado de 4 camadas kenaf-kevlar exibiu altas
propriedades de flexão quando comparado ao de 3 camadas. O tecido de kenaf tratado
apresentou ligeira melhora nas propriedades de flexão do tecido de kenaf-epoxy.
•No impacto, compósito híbrido com kenaf na camada externa teve boa propriedade de
resistência ao impacto quando comparado com as amostras de kevlar na mesma condição.
Foram registrados baixa resistência ao impacto para amostras A/k/A/k quando o kenaf foi
submetido a camada externa. Neste ponto, o efeito do tratamento químico não foi observado.

5. Referências
17
AMÉRICA BLINDAGEM. (07 de Novembro de 2016). Fonte: http://americablindagem.com.br/tecnologia/
DYNATECH. (07 de Novembro de 2016). DYNATECH. Fonte: DYNATECH: http://www.dynatech.ind.br/fibra-aramida
YAHAYA, R., SAPUAN, S. M., JAWAID, M., LEMAN, Z., & ZAINUDIN, E. S. (2015). Effecy of layering seuqence and chemical
treatment on the mechanical properties of woven kenaf-aramid hybrid laminated composites. Materials and Design, 173-179.
ARCHPRODUCTS. (2016). Acesso em 06 de 11 de 2016, disponível em
http://www.archiproducts.com/en/products/14107/fibertex-natural-fibre-sound-insulation-panel-fiberkenaf-pan-diasen.html
FEI. (2016). Acesso em 06 de Novembro de 2016, disponível em http://www.fei.co.jp/HTMLPage.htm
FLEX FORMS TECHNOLOGIES. (2016). Acesso em 06 de 11 de 2016, disponível em
http://www.naturalfibersforautomotive.com/?m=201404
Google Imagens. (2016). Acesso em 6 de 11 de 2016, disponível em
https://www.researchgate.net/publication/242523500_Kenaf_fibres_as_reinforcement_for_polymeric_composites_A_review
GREENFIRM BD. (2016). Acesso em 9 de 11 de 2016, disponível em http://www.greenfirmbd.com/?q=Kenaf
HEMP INC. (2016). Acesso em 06 de 11 de 2016, disponível em http://hempinc.com/kenaf-the-hemp-alternative/
INSTRON. (2016). Acesso em 06 de 11 de 2016, disponível em http://www.instron.com.br/pt-br/products/testing-
systems/impact-systems/pendulums/mpx-pendulum
INTERNATIONAL NATURAL FIBER ORGANIZATION. (2016). Acesso em 09 de 11 de 2016, disponível em
http://www.naturalfibersinfo.org/natural-fibers/kenaf/
KELVN LABS. (2016). Acesso em 06 de 11 de 2016, disponível em http://kelvnlabs.com/content/izod-impact-notched-astm-
d256-iso-180
WEBBER, C., BLEDSOE, V. K., & BLEDSOE, R. E. (2002). Kenaf Harvesting and Processing. Trends in new crops and new
uses, pp. 340-347.

18
Obrigada pela atenObrigada pela atençãção!o!

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