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Tipo: Tese
Data do documento: 12-Mar-2020
Autor(es): SANTOS, Alessandro José Gomes dos
Afiliação do(s) Autor(es): SENAI/PA - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
Primeiro(a) Orientador(a): SOUZA, José Antônio da Silva
Título: Caracterização de material compósito incorporado com fibras de bambu (Bambusa Vulgaris) e resíduos sólidos industriais para utilizacao como componente estrutural para a construcao civil
Título(s) alternativo(s): Composite material incorporated with bamboo (Bambusa Vulgaris) fibers and solid industrial waste for use as a strutural component for civil construction
Agência de fomento: 
Citar como: SANTOS, Alessandro José Gomes dos. Caracterização de material compósito incorporado com fibras de bambu (Bambusa Vulgaris) e resíduos sólidos industriais para utilização como componente estrutural para a construção civil. Orientador: José Antônio da Silva Souza. 2020. 178 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2020. Disponível em: http://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/13213. Acesso em:.
Resumo: Na indústria vem crescendo a produção de materiais que tragam menos impactos ambientais e que possuam alta sustentabilidade, principalmente no que se diz respeito a fibras vegetais e resíduos industriais. Neste trabalho foram confeccionadas matriz de poliéster insaturada isoftálica plena, compósitos com fibra vegetal de bambu, compósitos com resíduos industriais (lama vermelha, caulim e cobre) e compósitos híbridos com variação na proporção de resíduos e fibras. Os resíduos foram utilizados com granulometria de 100 MESH e as fibras nos comprimentos de 15 mm e 30 mm, dispostas randomicamente dentro da matriz. Estas fibras foram utilizadas in natura e tratadas com NaOH a 5% durante o período de 2 (duas) horas. As fibras foram caracterizadas quanto às suas propriedades físicas, mecânicas e morfológicas. Os compósitos foram confeccionados pelo processo manual (hand lay-up) na forma de placas retangulares em molde metálico e prensados. Variaram-se as proporções das frações mássicas dos resíduos em 10 %, 20%, 30% e 40%, já a fração mássica de fibras foi variada de 1 %, 2% e 3 %. Para a produção dos compósitos híbridos a variação ocorreu até o nível máximo de saturação da matriz, com a proporção de resíduos/fibras de 10%/3%, 20%/3%, 30%/3% e 40%/3%, respectivamente. As fibras de bambu foram caracterizadas quimicamente por meio de análise dos teores de extrativos, lignina e holocelulose. Já os resíduos foram caracterizados ineralogicamente por meio de Difração de Raios-X (DRX). Os compósitos foram caracterizados fisicamente (porosidade aparente, absorção de água e massa específica aparente), mecanicamente (tração, flexão e impacto), retardância à chama e morfologicamente por meio de análise de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Para as análises de caracterização física foram produzidos 10 corpos de prova (CP’s) para cada série. Já nos ensaios mecânicos foram fabricados para os ensaios de tração 10 CP’s, enquanto que para os ensaios de flexão e impacto foram 8 CP’s para cada série. Esta mesma quantidade foi utilizada para os testes de retardância de chamas. Após os ensaios físicos foi observado uma pequena variação com adição de fibras e um aumento na Massa Específica Aparente com a adição dos resíduos e das fibras na matriz. Na análise por meio de caracterização mecânica de tração obtiveram-se os melhores resultados de limites de resistência nos valores de 33,05 MPa para compósitos com 3% de fibras de bambu tratadas com 15 mm de comprimento e 33,11 MPa com fibras de bambu com 30mm de comprimento sem tratamento. Já com a incorporação de resíduos chegou ao valor de 40,25 MPa. Nas frações híbridas o valor chegou a 41,07 MPa com adição de 20% de resíduo de caulim/3% de fibras de bambu nos comprimentos de 15mm com tratamento. Já nos ensaios de flexão os resultados foram de 150,94 MPa para a adição de fibras com 30mm tratadas, de 140,34 MPa para adição de 20% de resíduo de caulim e nos híbridos de 137,27 MPa para a adição de 30% de resíduo de caulim/3% de fibras de bambu com 30mm tratadas. Nos ensaios de impacto os melhores resultados foram de 23,02 kJ/m² para adição de 10% do resíduo de cobre e de 38,56 kJ/m² para a adição de 20% de resíduo de cobre/3% de fibras de bambu com 30 mm de comprimento tratadas.
Abstract: In the industry, the production of materials that bring less environmental impacts and that have high sustainability has been growing, mainly with regard to vegetable fibers and industrial waste. In this work, full isophthalic unsaturated polyester matrix, composites with bamboo vegetable fiber, composites with industrial residues (red mud, kaolin and copper) and hybrid composites with variation in the proportion of residues and fibers were made. The residues were used with granulometry of 100 MESH and the fibers in the lengths of 15mm and 30 mm, randomly arranged within the matrix. These fibers were used in natura and treated with 5% NaOH during the period of 2 (two) hours. The fibers were characterized in terms of their physical, mechanical and morphological properties. The composites were made by hand (hand lay-up) in the form of rectangular plates in metallic mold and pressed. The proportions of the mass fractions of the residues varied by 10%, 20%, 30% and 40%, whereas the mass fraction of fibers was varied by 1%, 2% and 3%. For the production of hybrid composites, the variation occurred up to the maximum saturation level of the matrix, with the proportion of residues / fibers of 10% / 3%, 20% / 3%, 30% / 3% and 40% / 3%, respectively. Bamboo fibers were chemically characterized by analyzing the levels of extractives, lignin and holocellulose. The residues were characterized mineralogically by means of X-Ray Diffraction (XRD). The composites were characterized physically (apparent porosity, water absorption and apparent specific mass), mechanically (traction, flexion and impact), flame retardancy and morphologically through Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis. For physical characterization analyzes, 10 specimens (CP’s) were produced for each series. In the mechanical tests, 10 CP's were manufactured for the tensile tests, while for the flexion and impact tests, there were 8 CP's for each series. This same amount was used for the flame retardancy tests. After the physical tests, a small variation was observed with the addition of fibers and an increase in the Apparent Specific Mass with the addition of residues and fibers in the matrix. In the analysis by means of mechanical traction characterization, the best results of resistance limits in the values of 33.05 MPa were obtained for composites with 3% bamboo fibers treated with 15 mm in length and 33.11 MPa with bamboo fibers 30mm long without treatment. With the incorporation of waste, it reached a value of 40.25 MPa. In hybrid fractions the value reached 41.07 MPa with the addition of 20% kaolin residue / 3% bamboo fibers in the 15mm lengths with treatment. In flexion tests, the results were 150.94 MPa for the addition of treated 30mm fibers, 140.34 MPa for the addition of 20% kaolin residue and in the hybrids of 137.27 MPa for the addition of 30% kaolin residue / 3% bamboo fibers with 30mm treated. In the impact tests, the best results were 23.02 kJ / m² for the addition of 10% copper residue and 38.56 kJ / m² for the addition of 20% copper residue / 3% bamboo fibers with 30 mm long treated.
Palavras-chave: Impactos ambientais
Recursos Naturais
Caracterização (Compósitos)
Propriedades (Compósitos)
Environmental impacts
Natural resources
Description
Properties
Área de Concentração: USO E TRANSFORMAÇÃO DE RECURSOS NATURAIS
Linha de Pesquisa: ENGENHARIA DE PROCESSOS
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Fonte: 1 CD-ROM
Aparece nas coleções:Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC

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