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https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/14612
Tipo: | Tese |
Data do documento: | 18-Jul-2022 |
Autor(es): | RIBEIRO, Maurício Maia |
Afiliação do(s) Autor(es): | IFPA - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará |
Primeiro(a) Orientador(a): | CANDIDO, Verônica Scarpini |
Primeiro(a) coorientador(a): | SILVA, Alisson Clay Rios da |
Título: | Estudo da incorporação de resíduos industriais, lama vermelha e caulim, nas propriedades de compósitos de matriz poliéster reforçados com fibras de juta e malva |
Título(s) alternativo(s): | Study of the incorporation of industrial waste, red mud and kaolin, in the properties of polyester matrix composites reinforced with jute and mallow fibers |
Citar como: | RIBEIRO, Maurício Maia. Estudo da incorporação de resíduos industriais, lama vermelha e caulim, nas propriedades de compósitos de matriz poliéster reforçados com fibras de juta e malva. Orientadora: Verônica Scarpini Candido. 2022. 174 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2022. Disponível em: http://repositorio.ufpa.br:8080/jspui/handle/2011/14612. Acesso em:. |
Resumo: | A região amazônica do Brasil é um grande produtor de bauxita e caulim, sendo o estado do Pará responsável por uma grande quota nacional da produção destes materiais. O processamento destas matérias-primas gera quantidades consideráveis de resíduos que são depois armazenados em tanques de sedimentação o que podem causar sérios danos ambientais, por conseguinte, é muito importante explorar métodos razoáveis de utilização da lama vermelha e do resíduo de caulim, e assim reduzir os seus volumes dos aterros. Muitos estudos recentes têm sido realizados e apresentados várias formas de utilização abrangente destes resíduos. Os compósitos reforçados com fibras naturais, com inserção destes resíduos industriais, têm recebido nas últimas décadas uma atenção crescente, pois boas propriedades mecânicas específicas podem ser alcançadas e os resíduos industriais podem ser reduzidos e utilizados numa forma útil. Neste trabalho, foram fabricados materiais compósitos de matriz poliéster reforçados por fibras de juta e malva na configuração continuas e alinhadas a 0° e a 90° na direção de carregamento, e materiais compósitos com inserção de resíduos industriais. A matriz poliéster utilizada foi a ortofitálica pré-acelerada e curada a temperatura ambiente com peróxido de metil etil-cetona 1,0% em massa. As fibras de juta e malva foram cortadas manualmente no comprimento de 300 mm e dispostas manualmente de forma contínua e alinhadas na direção de carregamento e sem tratamento superficial. Os compósitos com fibras foram produzidos por laminação manual assistido a vácuo / ensacamento a vácuo. As proporções da fração de volumétrica das fibras variaram em 5, 15 e 25%. Os compósitos com resíduos de caulim e lama vermelha foram confeccionados pelo processo manual na forma de silicone. Variaram-se as proporções das frações mássicas dos resíduos em 5, 10, 15, 20, 25 e 30 %. Os resíduos foram caracterizados quanto ao aspecto físico, morfológico e químico e as fibras quanto ao aspecto físico e mecânico e os valores experimentais são semelhantes aos apresentados em pesquisas anteriores. Assim como os compósitos fabricados tiveram suas massas específicas determinadas o que resultou no aumento no valor médio da massa especifica dos compósitos com inserção de resíduos de lama vermelha e caulim. No caso dos compósitos reforçados com fibras, de juta e malva, apresentaram uma redução no valor médio quando comparado com a matriz. As propriedades de tração e cisalhamento foram observadas para os compósitos com resíduos industriais, lama vermelha e caulim. O compósito 5RC exibiu valor de resistência a tração mais próximo a matriz, assim como para 5RLV, 10RLV e 15 RLV que exibiram mesmo comportamento. Para a resistência ao cisalhamento os compósitos 10RLV e 15 RLV foram mais próximo a matriz. Assim como os compósitos reforçados com fibras de juta 0° apresentaram a maior resistência a tração foram 0J5, 0J15 e 0J25, excedendo em 2%, 150% e 166% a resistência à tração do poliéster. Para os compósitos reforçados com fibras de malva 0º apresentaram a maior resistência a tração foram 0M15 e 0M25, excedendo em 67% e 96% a resistência à tração do poliéster. Para resistência ao cisalhamento os compósitos reforçados com fibras de juta (0J15 e 0J25) e malva (0M15 e 0M25) excederam a matriz em 201%, 206%, 71% e 144%, respectivamente. A resistência a tração dos compósitos trifásicos (0JRLV, 0JRC, 0MRLV e 0MRC) excederam a matriz em 129%, 100%,54% e 21%, respectivamente. Para resistência ao cisalhamento excederam em 49%, 47%, 63% e 52% a matriz. Os compósitos com fibras alinhadas a 0 apresentaram comportamento mecânico satisfatório para aplicação em materiais compósitos apresentando características de reforço. |
Abstract: | The Amazon region of Brazil is a major producer of bauxite and kaolin, with the state of Pará accounting for a large national share of the production of these materials. The processing of these raw materials generates considerable amounts of waste that is then stored in sedimentation ponds which can cause serious environmental damage, therefore it is very important to explore reasonable methods of utilizing the red mud and kaolin waste, and thus reduce their landfill volumes. Many recent studies have been conducted and presented various ways of comprehensive utilization of these wastes. Natural fiber reinforced composites with insertion of these industrial wastes have received increasing attention in recent decades, as good specific mechanical properties can be achieved and industrial wastes can be reduced and used in a useful form. In this work, polyester matrix composite materials reinforced by jute and mallow fibers in continuous configuration and aligned at 0° and 90° in the loading direction, and composite materials with insertion of industrial waste were manufactured. The polyester matrix used was a pre-accelerated orthophytalic and cured at room temperature with methyl ethyl ketone peroxide 1.0% by mass. The Jute and mallow fibers were manually cut in length of 300 mm and manually arranged in a continuous manner and aligned and without surface treatment. Fiber composites were produced by vacuum-assisted hand lay-up/vaccum-bagging procedure. The proportions of the fiber volume fraction have varied by 5, 15 e 25 %. The composites with kaolin and red mud residues were manufactured by a manual process in the form of silicone and pressed mold. The proportions of the mass fractions of waste have varied by 5, 10, 15, 20, 25 e 30 %. The residues were characterized in terms of their physical, morphological and chemical aspects and the fibers in terms of their physical and mechanical aspects and the experimental values are similar to that presented from old newspaper. Just as the composites manufactured had their specific mass determined, which resulted in an increase in the average value of the specific mass of the composites with insertion of red mud and kaolin residues. In the case of composites reinforced with fibers of jute and mallow, there was a reduction in the average value when compared to the matrix. Tensile and shear properties were observed for the composites with industrial waste, red mud and kaolin. The composite 5RC exhibited tensile strength value closer to the matrix, as well as for 5RLV, 10RLV and 15 RLV which exhibited the same behavior. For shear strength the composites 10RLV and 15 RLV were closer to the matrix. As well as the composites reinforced with jute fibers 0° presented the highest tensile strength were 0J5, 0J15 and 0J25, exceeding in 2%, 150% and 166% the tensile strength of polyester. For the composites reinforced with mallow fibers 0° showed the highest tensile strength were 0M15 and 0M25, exceeding in 67% and 96% the tensile strength of polyester. For shear strength the composites reinforced with jute (0J15 and 0J25) and mallow (0M15 and 0M25) fibers exceeded the matrix in 201%, 206%, 71% and 144%, respectively. The tensile strength of the three-phase composites (0JRLV, 0JRC, 0MRLV and 0MRC) exceeded the matrix by 129|%, 100%, 54% and 21%, respectively. For shear strength they exceeded the matrix by 49%, 47%, 63% and 52%. Composites with 0-aligned fibers showed satisfactory mechanical behavior for application in composite materials presenting reinforcement characteristics. |
Palavras-chave: | Impactos ambientais Recursos naturais Caracterização Materiais compósitos - Comportamento mecânico - Fractografia Engenharia de materiais Environmental impacts Natural resources Characterization |
Área de Concentração: | USO E TRANSFORMAÇÃO DE RECURSOS NATURAIS |
Linha de Pesquisa: | ENGENHARIA DE PROCESSOS |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA |
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 Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil |
Fonte: | 1 CD-ROM |
Aparece nas coleções: | Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC |
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