CARACTERIZAÇÃO DE PAINÉIS WPC FABRICADOS COM...

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE CIÊNCIAS RURAIS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA FLORESTAL

CARACTERIZAÇÃO DE PAINÉIS WPC FABRICADOS COM PARTÍCULAS DE MADEIRA DE PINUS E RECICLÁVEIS DE POLIESTIRENO

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Bibiana Argenta Vidrano

Santa Maria, RS, Brasil 2015

CARACTERIZAÇÃO DE PAINÉIS WPC FABRICADOS

COM PARTÍCULAS DE MADEIRA DE PINUS E

RECICLÁVEIS DE POLIESTIRENO

Bibiana Argenta Vidrano

Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal, Área de Concentração

em Tecnologia da Madeira, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM,RS) como requisito parcial para obtenção do grau de

Mestre em Engenharia Florestal

Orientador: Prof. Clovis Roberto Haselein

Santa Maria, RS, Brasil

2015

©2015 Todos os direitos autorais reservados a Bibiana R. Argenta Vidrano. A reprodução de partes ou do todo deste trabalho só poderá ser feita com autorização por escrito da autora. Endereço: Avenida Roraima, n° 1000, prédio 44, sala 5006. Santa Maria, RS, Brasil, CEP:97105-900; Endereço Eletrônico: [email protected]

Universidade Federal de Santa Maria Centro de Ciências Rurais

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal

A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova a Dissertação de Mestrado

CARACTERIZAÇÃO DE PAINÉIS WPC FABRICADOS COM PARTÍCULAS DE MADEIRA DE PINUS E RECICLÁVEIS DE

POLIESTIRENO

elaborada por Bibiana Argenta Vidrano

como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Florestal

COMISSÃO EXAMINADORA:

___________________________________________ Clovis Roberto Haselein, Dr. (UFSM)

(Presidente/Orientador)

___________________________________________ Silviana Rosso, Drª. (Unipampa)

___________________________________________ Cristiane Pedrazzi, Drª. (UFSM)

Santa Maria, 20 de fevereiro de 2015.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus por estar concluindo esta etapa da minha vida, por ter

me dado forças nessa caminhada e alcançar essa conquista tão desejada.

À minha família, pios sem eles eu não seria nada, em especial a minha

mãe, Maria Argenta Vidrano e ao meu irmão Alberto, que sempre me apoiaram

durante toda minha vida e ao meu noivo Henrique Corrêa Vieira, agradeço pelo

amor, carinho, compreensão e incentivo que sempre me fez seguir em frente.

À toda família Argenta, por todo apoio, carinho, incentivo e compreensão

pela minha ausência em muitos momentos.

Ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal da UFSM pela

oportunidade de realizar o mestrado.

Ao meu orientador, Clovis Roberto Haselein, pelo aprendizado,

orientações e confiança nestes dois anos de trabalho e convívio.

Aos Professores e Co-orientadores Elio José Santini, Darci Gatto e

Cristiane Pedrazzi pelas oportunidades, confiança, apoio e ideias.

Aos funcionários do LPF, Fabiana Ratzlaff, Tarso Michelotti e Nelson de

Castro, pelo auxílio e contribuição durante a realização deste estudo.

A todos os colegas do LPF pelas sugestões e ajudas, principalmente aos

colegas do PPGEF, Joel, Walmir, Danilo, Amanda, Talita, Roger, Bruno,

Anderson, André, Sabrina, Rodrigo, Felipe e Vania.

As floresteiras, colegas da 42ª turma pela ajuda constante, incentivo,

auxílio e carinho que sempre torna nossa caminhada mais fácil.

A todos os meus amigos que sempre estiveram comigo nas horas boas

e ruins, vocês fazem a minha vida mais feliz, muito obrigada por tudo.

À CAPES, pela concessão da bolsa de estudo que colaborou para que

este estudo pudesse ser concluído.

À banca, Silviana Rosso e Cristiane Pedrazzi, por ter aceitado meu

convite e pelas considerações de grande valia.

Obrigada a todos que de alguma forma contribuíram para minha

formação.

"Deus nos concede, a cada dia, uma

página de vida nova no livro do tempo.

Aquilo que colocarmos nela, corre por

nossa conta."

(Chico Xavier)

RESUMO

Dissertação de Mestrado Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal

Universidade Federal de Santa Maria

CARACTERIZAÇÃO DE PAINÉIS WPC FABRICADOS COM PARTÍCULAS DE MADEIRA DE PINUS E RECICLÁVEIS DE POLIESTIRENO

Autora: Bibiana Regina Argenta Vidrano Orientador: Clovis Roberto Haselein

Data: Santa Maria, 20 de fevereiro de 2015.

Atualmente existe uma tendência mundial de valorizar materiais que, além de serem de baixo custo, possam ser ambientalmente corretos. Esta última condição refere-se aos aspectos renováveis, biodegradáveis e recicláveis que possam ser apresentados. A produção de novos materiais, como os painéis madeira-plástico (WPC, Wood Plastic Composite), com a reciclagem de resíduos é uma tendência do mercado que visa ao mesmo tempo obter produtos ambientalmente e ecologicamente corretos e reduzir os custos de produção. O objetivo desse trabalho foi avaliar a possibilidade de produzir compósitos madeira-plástico utilizando resina termoplástica resultante da reciclagem de copos plásticos de poliestireno (PS) com partículas de madeira de pinus, e testar suas propriedades físico-mecânicas. As proporções entre as partículas de poliestireno e partículas de madeira empregadas foram de 75/25, 60/40, 50/50 e 40/60%, respectivamente. O desempenho dos painéis foi avaliado através da determinação da densidade, absorção de água e inchamento em espessura após 2 e 24 horas de imersão em água, dureza, resistência ao arrancamento de parafusos, resistência à tração perpendicular e propriedades de flexão estática. O aumento da proporção de poliestireno tende a aumentar a estabilidade dimensional dos painéis, diminuindo os valores de absorção d’água e inchamento em espessura; porém, diminuiu sua densidade afetando outras propriedades mecânicas como a dureza, o módulo de ruptura (MOR) e o módulo de elasticidade (MOE). A tração perpendicular foi maior no painel com maior teor de PS (75/25%). Analisando os resultados de maneira geral pode-se concluir que é possível o reuso de poliestireno na confecção de compósitos de madeira-plástico, com características aceitáveis comercialmente.

Palavras-chave: painéis madeira-plástico; termoplástico; Wood Plastic Composite; propriedades físico-mecânicas.

ABSTRACT

Master’s Thesis Master’s Degree Program in Forest Engineering

Federal University of Santa Maria

CHARACTERIZATION OF WPC PANELS PRODUCED FROM PINE WOOD AND RECYCLABLE OF POLYSTYRENE

Author: Bibiana Regina Argenta Vidrano Advisor: Clovis Roberto Haselein

Date: Santa Maria, February 20, 2015. Now a days, there is a worldwide tendency to value materials that, in addition to low cost, can be environmentally correct. This last condition refers to renewable, biodegradable and recyclable aspects that can be presented by the material. The production of new materials, such as wood-plastic panels (WPC, Wood Plastic Composite), with the recycling of waste is a market trend which aims at the same time achieve environmentally and ecologically correct products and reduce production costs. The aim of this study was to evaluate the possibility of producing WPC reusing polystyrene (PS) plastic cups combined with pinus wood, and test their physical and mechanical properties. The proportions of the polystyrene particles and wood particles employed were 75/25, 60/40, 50/50 and 40/60%. The performance of the panels was evaluated by determining the density, absorption and thickness swelling after 2 and 24 hours of water immersion, hardness, resistance to screws withdrawal, internal bond and bending. The addition of polystyrene tends to increase the dimensional stability of the panels, reducing water absorption and thickness swelling values. However density decreased thereof affecting other properties such as hardness, modulus of rupture (MOR) and modulus of elasticity (MOE). The tensile strength perpendicular to the board surface was higher in the panel with a higher content of (75/25%). Polystyrene reuse in the manufacture of composite wood-plastic was possible. Keywords: wood-plastic panels; thermoplastic; Wood Plastic Composite; physical and mechanical properties.

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Propriedades físicas e mecânicas dos painéis. ...................... 38

Tabela 2 - Valores avaliados nos pré-testes. ........................................... 34

Tabela 3 - Médias da massa específica para os tratamentos. ................ 47

Tabela 4 - Médias de inchamento em água após 2 horas para os tratamentos. ............................................................................ 49

Tabela 5 - Médias de inchamento em água após 24 horas para os tratamentos. ............................................................................ 50

Tabela 6 - Médias de absorção de água após 2 horas para os tratamentos. ............................................................................ 53

Tabela 7 - Médias de absorção de água após 24 horas para os tratamentos. ............................................................................ 54

Tabela 8 - Médias do Módulo de Ruptura (MOR). ................................... 56

Tabela 9 - Médias do Módulo de Elasticidade (MOE). ............................. 58

Tabela 10 - Médias de Tração Perpendicular. ........................................... 60

Tabela 11 - Médias de Dureza. .................................................................. 62

Tabela 12 - Médias de Arrancamento de Parafuso. ................................... 64

LISTAS DE FIGURAS

Figura 1 - Reação de polimerização do poliestireno. .............................. 25

Figura 2 - Provável reação de ligação entre o anidrido maleico e a superfície celulósica. ............................................................... 26

Figura 3 - Destaque da floresta de Pinus elliottii, onde foi retirado a

madeira utilizada no estudo .................................................... 30

Figura 4 - Método de deslocamento de água sobre balança analítica para determinar o volume da madeira. ........................................... 31

Figura 5 - A:Peças de madeira em água; B:Flocos cortadas no flaker ; C:Flocos submetidos a secagem por 20 dias; D:Partículas reduzidas no moinho de martelos; E:Classificação de partículas com 5mm; F:Flocos, partículas selecionadas e partículas rejeitadas. ............................................................................... 32

Figura 6 - Processo de preparo das partículas de poliestireno. Moinho de martelos (A), partículas de poliestireno (B), partículas de poliestireno e madeira (C). ...................................................... 33

Figura 7 - Caixa formadora para os pré-testes. ....................................... 34

Figura 8 - Esquema utilizado na formação do colchão. ........................... 35

Figura 9 - Preparo dos WCPs. Partículas secando em estufa (A), pesagem dos componentes do WCP (B), Caixa formadora 50x50x30cm (C), delimitadores de espessura (D), prensa hidráulica (E), prensagem a frio (F)......................................... 36

Figura 10 - Esquema dos corpos de prova. Modelo de papel (A), e após cortados (B). ........................................................................... 37

Figura 11 - Câmara climatizada. Corpos de prova distribuídos (A), câmara climatizada a 20°C e 65% (B). ................................................ 37

Figura 12 - Determinação da massa especifica. Balança digital para determinação do peso; Paquímetro digital para determinação do volume. .............................................................................. 39

Figura 13 - Corpos de prova imersos em água. ........................................ 40

Figura 14 - Teste de flexão estática na maquina universal de ensaios. .... 41

Figura 15 - Corpo-de-prova durante a secagem da cola (A), máquina universal de ensaios com teste de tração (B). ........................ 42

Figura 16 - Corpo-de-prova colado face a face e com o parafuso inserido para realização do teste (A), teste de resistência ao arrancamento de parafuso (B). ............................................... 43

Figura 17 - Máquina universal de ensaios, teste de dureza. ..................... 44

Figura 18 - Massa específica em relação à porcentagem de PS .............. 48

Figura 19 - Inchamento após 2 horas de submersão em água. ................ 50

Figura 20 - Inchamento após 24 horas em relação à porcentagem de poliestireno. ............................................................................. 52

Figura 21 - Absorção após 2 horas de submersão em água para os painéis WPC em função da porcentagem de PS. ............................... 54

Figura 22 - Absorção 24 horas em relação à porcentagem de PS. ........... 55

Figura 23 - Módulo de Ruptura em relação à Massa Específica. .............. 57

Figura 24 - Módulo de Elasticidade em relação à Massa Específica. ....... 59

Figura 25 - Tração perpendicular dos painéis WPC em relação à massa específica. ............................................................................... 61

Figura 26 - Dureza Janka dos painéis WPC em relação à Massa especifica. ............................................................................... 63

Figura 27 - Resistência ao arrancamento de parafuso em função da massa especifica. ............................................................................... 65

LISTA DE ANEXOS

Anexo A - Esquema para a produção dos painéis WPC. ........................ 74

Anexo B - Análise de regressão massa específica/porcentagem de PS . 75

Anexo C - Análise de regressão Absorção 2 horas/Porcentagem de PS 76

Anexo D - Análise de regressão Absorção 24 horas/Porcentagem de PS ................................................................................................ 77

Anexo E - Análise de regressão Inchamento 2 horas/Porcentagem de PS ................................................................................................ 78

Anexo F - Análise de regressão Inchamento 24 horas/Porcentagem de PS ................................................................................................ 79

Anexo G - Análise de regressão MOE/Massa específica ......................... 80

Anexo H - Análise de regressão MOR/Massa específica. ...................... 81

Anexo I - Análise de regressão Tração perpendicular/Massa específica. ................................................................................................ 82

Anexo J - Análise de regressão Arrancamento de parafuso/Massa específica. ............................................................................... 83

Anexo K - Análise de regressão Dureza/Massa específica ..................... 84

Anexo L - Agente de acoplamento utilizado na fabricação dos painéis WPC. ....................................................................................... 85

SUMÁRIO

AGRADECIMENTOS ......................................................................................... 5

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................. 15

2 OBJETIVOS .................................................................................................. 17

2.1 Objetivo geral ............................................................................................. 17

2.2 Objetivos específicos ................................................................................. 17

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................... 18

3.1 Caracterização da espécie de Pinus elliottii ............................................... 18

3.2 Aglomerados .............................................................................................. 18

3.2.1 Painél WPC ............................................................................................. 19

3.3 Uso de material reciclável na produção de aglomerados ........................... 21

3.4 Plásticos ..................................................................................................... 23

3.5 Agente de Acoplamento para a produção de painéis WPC ....................... 25

3.6 Propriedades dos painéis de madeira aglomerada .................................... 27

3.6.1 Propriedades Físicas ............................................................................... 27

3.6.2 Propriedades Mecânicas ......................................................................... 28

4 MATERIAL E MÉTODOS .............................................................................. 30

4.1 Obtenção e preparo da matéria prima ........................................................ 30

4.2 Densidade básica da madeira .................................................................... 31

4.3 Processamento das partículas ................................................................... 32

4.4 Pré-testes ................................................................................................... 33

4.5 Confecção dos painéis ............................................................................... 34

4.6 Confecção dos corpos de prova ................................................................. 36

4.7 Testes realizados nos painéis WPC ........................................................... 38

4.7.1 Massa Específica .................................................................................... 38

4.7.2 Absorção e inchamento ........................................................................... 39

4.7.3 Flexão estática ........................................................................................ 40

4.7.4 Tração perpendicular .............................................................................. 41

4.7.5 Arrancamento de parafuso ...................................................................... 42

4.7.6 Dureza de Janka ..................................................................................... 44

4.8 Análise dos dados encontrados ................................................................. 44

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO..................................................................... 47

5.1 Massa específica ........................................................................................ 47

5.2 Inchamento após 2 horas de imersão em água ......................................... 49

5.3 Inchamento após 24 horas de imersão em água ....................................... 50

5.4 Absorção após 2 horas de imersão em água ............................................. 52

5.5 Absorção após 24 horas de imersão em água ........................................... 54

5.6 Flexão estática ........................................................................................... 56

5.6.1 Módulo de ruptura ................................................................................... 56

5.6.2 Módulo de elasticidade ............................................................................ 58

5.8 Tração perpendicular a superfície da chapa .............................................. 60

5.9 Dureza Janka ............................................................................................. 62

5.10 Arrancamento de Parafuso....................................................................... 64

6 CONCLUSÕES ............................................................................................. 67

7 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................. 68

ANEXOS .......................................................................................................... 74

15

1 INTRODUÇÃO

A produção de novos materiais, como os painéis madeira-plástico

(WPC), com o reuso de resíduos é uma tendência do mercado que visa ao

mesmo tempo obter produtos ambientalmente e ecologicamente corretos e

reduzir os custos de produção. De acordo com Yamaji e Bonduelle (2004) é

cada vez maior o interesse dos pesquisadores e empresários por

aproveitamento de resíduos, aplicados à possibilidade de reutilização desses

materiais, diminuindo o desperdício e valorizando a matéria prima.

As exigências legais e do público consumidor têm obrigado as empresas

a adotarem posturas ecologicamente mais preservacionistas, provocando

mudanças rápidas no foco das estratégias modernas (ANDRIGUETTO,

DALLABRIBA e CARNEIRO, 2011).

Segundo Lilge (2009) em uma época em que a preocupação com o

ambiente é cada vez maior, a madeira se torna um material cada vez mais

requisitado por ser um recurso natural renovável, de versátil utilização e baixo

consumo energético em sua produção.

Para o Instituto Internacional de Cooperação para a Agricultura (2007), é

projetado para o ano de 2020 um consumo de madeira industrial superior a 280

milhões de metros cúbicos. Conforme os dados do instituto, as florestas

plantadas, como a de pinus, vem crescendo com taxas acima de 4% a.a., com

isso, a madeira de pinus deverá ter seu consumo ampliado nos próximos anos

acompanhando o crescimento da indústria de base florestal.

De acordo com Macedo e Roque (2006) o setor de produtos florestais

compreende, genericamente, os segmentos de madeira em tora, madeira

serrada, painéis de madeira, pasta de papel, e esses formam diversas cadeias

produtivas, com destaque para os setores de construção civil e moveleiro, com

a participação de produtos de madeira serrada e diversos tipos de painéis de

madeira.

A produção de painéis WCP, utilizando em sua composição plástico

reciclado, vem se mostrando uma boa alternativa para o setor de produtos

florestais, pois gera um material que possui qualidades distintas de um painel

convencional e ao mesmo tempo incentiva a reutilização do plástico que é

16

considerado um dos maiores vilões do meio ambiente, pois não é

biodegradável.

O mercado de WCP de acordo com Rezende, Kameoke e Oliveira

(2009) está voltado para a construção civil, indústria automobilística, aplicações

estruturais, construção de decks, estruturas expostas externamente, entre

outros. Ainda conforme os autores, sua utilização continua sendo mais

expressiva nos Estados Unidos e na Europa. Com a entrada recente dos

painéis madeira-plástico no mercado brasileiro, o emprego deste produto é

muito pouco significativo quando comparado a painéis convencionais, no

entanto é crescente o interesse e o número de pesquisas voltadas para este

mercado.

A utilização de resíduos na produção de painéis de madeira tem sido

objeto de pesquisa entre diversos autores, por seres ecologicamente

aceitáveis, e a preocupação com o meio ambiente é uma das maiores

discussões do último século. Os estudos de novos produtos sustentáveis, como

os produzidos através da reciclagem, são de total interesse das empresas,

onde estas utilizam o marketing ambiental para informar ao público que a

organização é uma empresa ecologicamente correta.

17

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo geral

O presente estudo tem como objetivo confeccionar e caracterizar painéis

de madeira-plástico (WPC) produzidos através da utilização de copos plásticos

de poliestireno (PS) como o adesivo termoplástico combinados com madeira de

pinus (Pinus elliottii).

2.2 Objetivos específicos

Determinar e avaliar a influência de quatro diferentes porcentagens de

poliestireno (40, 50, 60 e 75%) na fabricação dos painéis WPC, quanto as:

1. Propriedades físicas (dureza, absorção de água e inchamento em

espessura);

2. Propriedades mecânicas (módulo de elasticidade e módulo de ruptura

por meio do teste de flexão estática, resistência ao arrancamento de

parafuso e resistência à tração perpendicular à superfície).

18

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 Caracterização da espécie: Pinus elliottii

Segundo Mirov (1967), o gênero Pinus tem sido utilizado pelo homem

desde os tempos mais remotos. Pait, Flinchum e Lantz (1991), descreveram

que o Pinus elliottii, tem como região de ocorrência natural, o Estado da

Carolina do Sul até o oeste do Estado da Lousiana, em uma estreita faixa

próxima ao Oceano Atlântico no sudoeste dos Estados Unidos.

Segundo Lamprecht (1990), o Pinus elliottii como espécie heliófila de

crescimento rápido, goza de alta competitividade em relação as gramíneas e

arbustos lenhosos, atingindo alturas de 20 a 30 metros (máximo 40 metros), e

um diâmetro (DAP) de 60 a 90 cm, e seu sistema radicular pode penetrar no

solo até uma profundidade maior que 5 metros. De acordo com Schultz apud

Pait, Flinchum e Lantz (1991), solos planos mal drenados, margens de rios e

lagoas e áreas ocasionalmente alagadas como baías e pântanos formam o

habitat natural desta espécie, porém pode rapidamente colonizar sítios secos

se as condições assim o permitirem.

Para Lamprecht (1990), o Pinus elliottii tem preferência natural por solos

ácidos e arenosos localizados sobretudo em baixadas e junto a cursos de

água, bem como, áreas com lençol freático próximo a superfície. Fisher apud

Pait, Flinchum e Lantz (1991) descreveu os parâmetros de solo mais

associados com o bom crescimento em altura para o Pinus elliottiii, indicando

que geralmente áreas planas mal drenadas, lagoas rasas ou pântanos são os

melhores sítios.

Van Goor (1967) afirma que, os solos mais recomendáveis para Pinus

elliottii no Brasil são os podzólicos e os latossolos mais argilosos, tendo o autor

encontrado correlações positivas entre a qualidade do sítio e a soma de bases

trocáveis e o teor de fósforo no solo.

3.2 Aglomerados

De acordo com a norma brasileira (ABNT, 2006), a chapa de madeira

aglomerada é um produto em forma de painel, variando de 3 mm a 50 mm de

19

espessura, constituído por partículas de madeira aglomeradas com resinas

naturais ou sintéticas, sob a ação de pressão e calor. Por esta definição o

painel madeira-plástico (WPC, Wood Plastic Composite) confeccionado no

presente estudo se enquadra como um painel aglomerado.

A prática de utilização de resíduos industriais madeireiros na indústria de

painéis reconstituídos é bastante comum no exterior, sobretudo nos países da

Europa, porém no Brasil, a madeira de florestas plantadas - em especial, de

eucalipto e de pinus - constitui a principal fonte de matéria-prima para produção

desses painéis (PIERRE, BALLARIN e PALMA, 2014).

Apesar dessa prática ainda ser incipiente em nível industrial,

restringindo-se a trabalhos acadêmicos realizados em escala laboratorial, os

aglomerados ainda possuem séries de vantagens em relação à madeira

serrada, tais como: minimização dos efeitos da anisotropia, uniformidade das

propriedades físico-mecânicas no painel, eliminação de defeitos naturais da

madeira, possibilidade de controle das propriedades físico-mecânicas do painel

por meio das variáveis do processo produtivo, menor exigência em termos de

qualidade da matéria-prima, possibilitando uso de resíduos provenientes de

outras fontes de processamento, maior produção devido à tecnologia

empregada e menor custo de produção (MALONEY, 1993).

Além da definição do WPC como aglomerado, o mesmo também pode

ser definido como um compósito, que é a combinação de dois ou mais

materiais unidos por alguma matriz. Segundo Pauleski (2007) existe uma

grande variedade de materiais que podem ser combinados para a produção de

compósitos, dentre eles podemos citar as fibras virgens ou recicladas e os

polímeros.

3.2.1 Painél WPC

Uma definição simples para os compósitos de madeira-plástico ou

painéis WPC é: uma mistura de madeira com resina plástica. De acordo com

Santos et al. (2007), durante a década de noventa, nos EUA, surgiram algumas

tecnologias que visavam à utilização de plásticos reciclados em perfis

substitutos à madeira natural, para a fabricação de deques e cercas.

20

Fabricavam-se tais perfis de plásticos reciclados ou a partir de composições

com fibras de madeira (WPC).

Segundo Nadolny (2013), a utilização de farinha ou fibra de madeira

como carga em termoplásticos, já é conhecida há algumas décadas pela

indústria automobilística, a qual emprega compósitos de polipropileno com

farinha de madeira que foram patenteados e conhecidos como Woodstock na

década de 70. Segundo Correa et al. (2003) estes compósitos são extrudados

e laminados em chapas para revestimento interno de porta-malas de veículos.

Ainda conforme os autores, nos EUA, o mercado para termoplásticos

celulósicos com aplicação no mercado civil vem crescendo a uma taxa de 15%

ao ano, já no Brasil dados recentes indicam inúmeras tentativas para

aplicações de compósitos obtidos a partir de resíduos celulósicos, porém,

poucas inovações têm sido apresentadas para utilização direta destes

compósitos em outras aplicações, como perfis extrudados para construção civil

e na indústria moveleira.

Eckert (2000) afirma que, a utilização de madeira e outras fibras naturais

apresentam uma série de vantagens sobre cargas inorgânicas no reforço de

termoplásticos. Segundo o autor estas são mais leves, menos abrasivas e são

procedentes de fontes renováveis.

Caraschi, Ramos e Leão (2002) citam que, a farinha de madeira vem

sendo utilizada como carga de reforço ou enchimento em termoplásticos para

reduzir custos com matéria-prima, aumento da estabilidade dimensional em

temperaturas elevadas e aumento da rigidez com um mínimo de acréscimo de

peso do compósito. Os autores Veronezei e Razera (2009) citam que além do

aspecto técnico e econômico, o uso dos resíduos na produção de compósitos

madeira-plástico tem um reflexo importante no aspecto ecológico.

Os compostos de plástico com fibras naturais (WPC) estão aumentando

a produção e inserção no mercado consumidor a nível mundial. Os perfis de

pavimento (decks) em WPC registam taxas de crescimento anual na ordem dos

20 % e estão entre os segmentos com maior crescimento na indústria de

plásticos (CAMPOS, 2012). Ainda conforme o autor, os fatores decisivos vão

para além da sustentabilidade (elevada proporção de matérias-primas

renováveis) e estendem-se às vantagens técnicas dos novos materiais.

21

A maioria de produtos de madeira plástica no mercado atual é feita a

partir de polietilenos (PE) reciclados, sendo utilizado principalmente o

polietileno de alta densidade (HDPE) (ENGLISH et al. 1996). Contudo, segundo

os mesmos autores, ela pode ser obtida também a partir de outras resinas

como o polipropileno (PP), poliestireno (PS) e o policloreto de vinila (PVC) ou,

até mesmo, de misturas de diferentes resíduos plásticos.

3.3 Uso de material reciclável na produção de aglomerados

Conforme Figueiredo e Deorsolab (2011), a questão da logística de

reprocessamento de resíduos sólidos, como o plástico, tem sido um problema

constante nas diferentes pautas ligadas à gestão de saúde, segurança e ao

meio ambiente dos estados e municípios da nossa federação. Ainda os autores

dizem que o principal problema encontrado é a baixa conscientização dos

diferentes atores envolvidos. A sociedade, de forma geral, tem grande

dificuldade em conscientizar-se da efetiva necessidade da separação dos

diferentes tipos de resíduos, e as autoridades não disponibilizam recursos para

uma implantação de coleta seletiva.

O compósito madeira-plástico surge como alternativa a esta questão,

sendo proveniente de materiais completamente sustentável. Em seu processo

produtivo pode retirar resíduos plásticos da natureza, além da utilização da

madeira que é um material de fontes renováveis. Utilizando um perfil

termoplástico em sua confecção, é possível a utilização de material de descarte

como os copos descartáveis, rótulos de garrafas, sacolas de supermercado,

entre outros.

Segundo Eleotério, Filho e Bortoletto (2000) a fabricação de produtos à

base de materiais lignocelulósicos, como o aglomerado, além de permitir

melhor aproveitamento da madeira, apresenta certas vantagens em relação a

outros materiais por serem renováveis, recicláveis e biodegradáveis.

A demanda de madeira no Brasil vem aumentando devido ao grande

desenvolvimento da indústria no setor florestal, e as previsões, de modo geral,

têm sido no sentido de que, dentro de pouco tempo, a oferta nacional de

madeira será inferior à sua demanda (MILAGRES et al., 2006). Ainda conforme

22

os autores, além de aumentar o plantio, outra forma de melhorar a oferta é

racionalizar o uso da madeira disponível.

Ao produzirmos madeira-plástico por meio de reciclagem de materiais,

proporcionamos inúmeras vantagens ao meio ambiente, pois a decomposição

do plástico leva em média 300 anos. Com o consumo de plástico sempre em

alta, podemos imaginar o prejuízo se não for oferecida uma destinação

sustentável para todo esse resíduo.

Além dos plásticos, alguns resíduos que precisam ser descartados

podem ser reaproveitados de maneira consciente e sustentável. Nesse caso se

encaixam os resíduos de Poliestireno Expandido (EPS), conhecidos como

isopor. Apesar de ser um material totalmente reciclável e reaproveitável, tem se

tornado um problema na composição dos lixos urbanos, devido ao seu grande

volume (ABRAPEX, 2013). Atualmente, a utilização abundante do isopor pode

ser encontrada desde a agricultura até a construção civil. Praticamente todas

as indústrias de embalagens o utilizam como forma de proteção para

eletrônicos, armazenamento de alimentos, bebidas e produtos fármacos, e na

área de decoração. Quanto à durabilidade, ainda não existem dados, mas, se

utilizado de maneira correta, apresenta desempenho adequado ao longo de

sua vida útil (ACEPE, 2013).

No Brasil, todas as grandes cidades possuem associações de catadores

que coletam e reciclam resíduos sólidos como os plásticos. Em consequência,

diversos reciclados poliméricos, já limpos e classificados, estão disponíveis a

um custo comparativamente bem mais barato que as resinas virgens. Dentre

estes plásticos reciclados, é facilmente encontrado e com preço baixo de venda

temos os materiais de poliestirenos (PS). Assim, é perfeitamente viável utilizar

o PS reciclado para a fabricação de compósitos ambientalmente corretos e de

baixo custo. A madeira-plástico é uma excelente alternativa, pois é muito

semelhante à madeira natural e traz benefícios ao usuário, porque é livre de

manutenção e tem vida longa.

Segundo Weber (2011) a preservação do meio ambiente está no centro

das discussões, nos contextos mundial, nacional e regional, em conferências e

congressos que tratam da sustentabilidade do Planeta e, consequentemente,

da sustentabilidade humana na Terra, visando à manutenção qualitativa e

23

quantitativa dos recursos naturais para o abastecimento de uma população em

elevado crescimento.

Conforme Maciel (2004) os compósitos madeira-plástico podem ser

fabricados a partir de uma matriz contínua ou descontínua de resina

termoplástica reforçada com partículas de madeira, e os produtos assim

obtidos, associam as melhores qualidades de cada constituinte e se

caracterizam por apresentar propriedades peculiares que os distinguem de

outros materiais.

3.4 Plásticos

O plástico tem seu nome originário do grego plastikos, que significa

capaz de ser moldado, é um material de origem natural ou sintética, obtido a

partir dos derivados de petróleo ou de fontes renováveis como a cana-de-

açúcar ou o milho (ABIPLAST, 2013). Estes materiais são divididos em duas

grandes categorias (termoplásticos e termofixos), os termoplásticos são

aqueles que podem ser moldados várias vezes por ação de temperatura e

pressão, por isso são recicláveis, os termofixos sofrem reações químicas em

sua moldagem, as quais impedem uma nova fusão, portanto não são

recicláveis (ABIPLAST, 2013). Ainda conforme o autor, os tipos de plásticos

mais consumidos atualmente são os Polietilenos (PE), Polipropilenos (PP),

Poliestirenos (PS), Policloretos de vinila (PVC) e os Poliésteres (PET), sendo

chamados de commodities devido à grande produção e aplicação destes

materiais.

Conforme a ABPol (2013) os plásticos são materiais orgânicos

poliméricos e sintéticos. E os polímeros são compostos de macromoléculas

(molécula orgânica de elevada massa molecular relativa apresentando

unidades de repetição) formadas a partir de unidades estruturais menores. Já o

número de unidades estruturais repetidas numa macromolécula é chamado

grau de polimerização.

As vantagens mais importantes do uso de polímeros são o fácil

processamento, a produtividade e a redução de custos, além disso, a adição de

cargas como a madeira, pode modificar as propriedades dos polímeros.

Segundo Paiva e Frollini (1999) dentre as propriedades de um material

24

polimérico, duas podem ser destacadas devido à importância das mesmas, a

facilidade de fabricação e a resistência ao impacto.

No compósito madeira-plástico, o plástico é o meio para melhorar as

características como a resistência à umidade, ao ataque de insetos e fungos

(SCHUT, 1999).

Os plásticos mais utilizados para o mercado de WPC segundo Koenig e

Sypkens (2002), são o polipropileno, polietileno de alta densidade, poliestireno

e o policloreto de vinila.

O poliestireno é uma resina termoplástica sintetizada do monômero de

estireno que pode ser obtido através do etibenzeno, e este por sua vez é

derivado do eteno benzeno, os quais são derivados do petróleo (BERLOFA,

2009).

Segundo Montenegro et al. (1997), o Poliestireno (PS) é obtido através

da polimerização do estireno (figura 1), sendo que esta polimerização pode ser

em massa (que é o mais moderno) ou em suspensão, apresentando-se sob

várias formas a saber:

resina cristal ou standard, de uso geral, cujas características

principais são a transparência e a fácil coloração. Os maiores usos são para

embalagens (principalmente copos e potes para indústria alimentícia), copos

descartáveis e caixas de CD’s /fitas cassetes;

poliestireno expandido ou EPS (mais conhecido no Brasil pela

marca comercial Isopor®, da Basf), que é uma espuma rígida obtida através da

expansão da resina PS durante sua polimerização por meio de um agente

químico. É utilizado, basicamente, como embalagem protetora e isolante

térmico;

poliestireno de alto impacto (HIPS) que é um PS modificado com

elastômeros de polibutadieno. Esta resina podem competir com alguns

plásticos de engenharia, como o ABS (acrilonitrila butadieno estireno), por

exemplo, no segmento de vídeo cassetes e componentes de refrigeradores e

televisores.

25

Figura 1 - Reação de polimerização do poliestireno. Fonte - Adaptado de Educar (USP)

3.5 Agente de Acoplamento para a produção de painéis WPC

O processo de compatibilização é muito importante pelo fato de que a

incorporação de fibras naturais em termoplásticos requer contabilização, devido

ao caráter polar da celulose, esta incorporação pode se dar pelos chamados

agentes de acoplamento.

Considerando a falta de afinidade inerente entre o polímero e a carga

celulósica, a modificação superficial da carga com agentes de acoplamento tem

grande importância no desenvolvimento de compósitos WPC, segundo Hillig et

al. (2008) o agente de acoplamento é utilizado para juntar as partículas com

diferença de polaridade, compatibilizando melhor as misturas.

Alguns agentes compatibilizantes têm sido utilizados na modificação de

fibras vegetais, para aumentar essa adesão interfacial entre o reforço

celulósico e a matriz polimérica poliolefínica e com isso melhorar as

propriedades mecânicas do compósito polimérico (WU et al. 2000). Ainda

conforme os autores, o agente de acoplamento promove a união química ou

interação entre as faces ou altera a energia superficial da carga para permitir

um molhamento eficiente.

A resistência da ligação depende do grau de emaranhamento molecular

gerado entre a matriz e a superfície da fibra modificada, e a porosidade da

carga influencia no aumento da resistência do polímero a ser modificado

(SANTOS, 2006).

26

As ligações químicas estabelecidas entre a matriz e carga influenciam

diretamente na resistência mecânica do material final. E para ocorrer estas

ligações é necessária a aplicação de agentes de acoplamento na superfície da

carga, por tratamentos químicos, que funcionam como ponte entre a matriz e a

carga (RAY et al., 2001).

No presente trabalho o agente de acoplamento escolhido para

confecção dos painéis foi o anidrido maleico, composto orgânico com a fórmula

C4H2O3.

Conforme Sanadi, Caulfield e Jacobson (1997) acredita-se que o

compatibilizante ideal para o termoplástico reforçado com fibra celulósica

deveria ser um copolímero de termoplástico-anidrido maleico (MAH) contendo

alto teor de MAH e viscosidade controlada através do tamanho e distribuição

de tamanhos de cadeia. Ainda segundo os autores, teores de 0,5% em massa

têm sido considerados como suficientes para promover melhorias nas

propriedades mecânicas em compósitos de polipropileno com farinha de

madeira, esses valores situam-se entre 6 a 10% em massa.

Há formação de ligações covalentes através de reações de esterificação

e interações secundárias por pontes de Hidrogênio entre o anidrido maleico e

as hidroxilas da celulose (FROLLINI, LEÃO e MATTOSO, 2000; CORREA et al.

2003). Com isso podemos concluir que a ligação química entre o anidrido

maleico + PS + madeira se deu da seguinte forma (figura 2):

Figura 2 - Provável reação de ligação entre o anidrido maleico e a superfície celulósica. Fonte: Adaptado de Correa et al. (2003)

Ainda segundo Correa et al. (2003), além dos aspectos químicos ligados

a compatibilização da fibra com a matriz, o desempenho do compósito ainda

depende das características, ou seja, distribuição granulométrica; tamanho e

27

distribuição de tamanho de partículas; área superficial e natureza química da

superfície e a fração volumétrica de empacotamento da carga.

3.6 Propriedades dos painéis de madeira aglomerada

Os ensaios de caracterização dos painéis foram realizados seguindo a

norma ASTM D1037.

3.6.1 Propriedades Físicas

3.6.1.1 Densidade

Uma das características mais importantes da madeira é a densidade, ela

esta relacionada com praticamente todas as propriedades mecânicas da

madeira (BOWYER, J. L; SHMULSKY,R; HAYGREEN, J. G; 2003).

Conforme Batista, Klitzke e Santos (2010) dentre as diversas

propriedades da madeira, a densidade é a mais utilizada, pela facilidade de ser

determinada e por se correlacionar diretamente com as propriedades físicas e

mecânicas da madeira e com a composição celular.

Burger e Richter (1991) citam que a densidade ou massa especifica,

está diretamente relacionada ao volume vazio dos poros e, consequentemente,

afeta diretamente outras propriedades físicas e mecânicas da madeira.

O perfil de densidade é a variação existente na distribuição da

densidade ao longo da espessura do painel de partículas. O efeito da

combinação das variáveis no processo de prensagem sobre as características

do painel pode ser analisado por meio do comportamento do perfil de

densidade (LARA PALMA, 2009).

Ainda segundo o autor, algumas propriedades como as ligações

internas, resistência ao arrancamento de parafuso e flexão estática estão

diretamente associadas à composição do perfil de densidade.

3.6.1.2 Absorção de água e inchamento em espessura 2 e 24 horas

28

A absorção de água e inchamento em espessura em 2 ou 24 horas são

respectivamente a expressão percentual da quantidade de água absorvida e

inchamento em espessura, quando uma amostra condicionada a 20ºC e 65%

de umidade relativa (UR), que corresponde a uma umidade de equilíbrio de

12%, é imersa em água por 2 e por 24 horas (ABNT,2006).

O inchamento em espessura é o somatório das variações em espessura

devidos às liberações das tensões de compressão impostas aos painéis

durante a prensagem e do inchamento das partículas de madeira (KELLY,

1977).

Para Brito et al. (2006), o inchamento em espessura é uma das

propriedades mais importantes em termos de estabilidade dimensional dos

painéis. Para esse autor bem como para Iwakiri et al. (1996), o inchamento em

espessura pode ser afetado pela espécie da madeira, geometria das partículas,

densidade dos painéis, nível de resina, nível de aditivos, eficiência da aplicação

de cola e condição de prensagem.

3.6.1.3 Dureza Janka

Conforme Silva (2013) a dureza de um material, de uma maneira geral,

pode ser definida como a resistência que um corpo sólido apresenta à

penetração de outro corpo sólido através da aplicação de uma determinada

força. O método da dureza Janka consiste basicamente na determinação da

tensão que uma das faces de um corpo-de-prova do painél, produz a

penetração de uma semi-esfera de aço com área diametral de 1 cm².

Trata-se de uma característica muito importante em termos de

trabalhabilidade, e na sua utilização do material. Conforme Moreschi (2010) a

dureza é uma propriedade importante para definir o uso do material.

3.6.2 Propriedades Mecânicas

De acordo com Iwakiri et al. (1996), o módulo de elasticidade (MOE) é o

parâmetro utilizado na avaliação da rigidez de um material submetido a um

determinado esforço.

29

Ele é afetado por diversas variáveis do processo de produção dos

painéis, dentre as quais a densidade dos painéis, perfil de densidade, conteúdo

de resina, razão de compactação, conteúdo de parafina e dimensões das

partículas (KELLY, 1977).

A resistência à flexão estática é avaliada pelo módulo de ruptura (MOR)

à flexão. Maloney (1993) define o módulo de ruptura como o limite do material,

submetido ao esforço máximo até a ruptura.

Segundo Iwakiri et al. (1996), como as camadas superficiais apresentam

maior densificação do que as camadas internas, estas apresentam também

maior resistência à flexão. Sendo assim, as camadas superficiais do painel

exercerão forte influência sobre o MOR.

O ensaio de tração perpendicular mede o grau de adesão entre as

partículas em amostras submetidas aos esforços de tração perpendicular. A

ruptura ocorre normalmente no plano central de sua espessura, a qual

corresponde a região de menor densidade e ligação entre as partículas

(IWAKIRI et al., 1996).

O ensaio de resistência ao arrancamento de parafuso mede a força

necessária para retirar um parafuso do painel.

Conforme Moslemi (1974) a densidade pouco influencia nesta

propriedade, porém esta é fortemente afetada pela geometria das partículas.

Algumas propriedades como a resistência ao arrancamento de parafuso

estão diretamente associadas à composição do perfil (LARA PALMA, 2009).

30

4 MATERIAL E MÉTODOS

4.1 Obtenção e preparo da matéria prima

A madeira de Pinus elliottii foi retirada de um povoamento localizado na

Universidade Federal de Santa Maria (29°43’04’’S e 53°43’35’’W), local de

clima subtropical úmido. Conforme Keller (1968), a região de Santa Maria é

muito extensa e abrange porções do planalto, mais precisamente as áreas de

campo, as pequenas áreas coloniais e parte da Depressão Central e da

Campanha. Atua, portanto, sobre espaços bastante heterogêneos.

A área em destaque na figura 3 aponta o local onde foi retirado a

madeira. O povoamento possuía em torno de 30 anos, o que pode ser

confirmado a partir da contagem dos anéis de crescimento das três árvores

selecionadas para a realização do estudo.

Figura 3 - Destaque da floresta de Pinus elliottii, onde foi retirado a madeira utilizada no estudo

31

4.2 Densidade básica da madeira

Após a derrubada das árvores, as toras de aproximadamente 4m foram

levadas ao Laboratório de Produtos Florestais para serem processadas e

transformadas em partículas. Porém antes, foram retirados dois discos por tora

para a determinação da densidade básica. A figura 4 apresenta a determinação

do volume verde pelo método de imersão em água sore balança analítica, já a

massa seca foi obtida pela pesagem da amostra seca em estufa com

temperatura de 103°C até um peso constante. A densidade básica foi

determinada pela seguinte equação abaixo:

(1)

Onde: Db = densidade básica (g/cm³); Ms = massa seca a 103°C; Vv = volume

verde.

Figura 4 - Método de deslocamento de água sobre balança analítica para determinar o volume da madeira.

32

4.3 Processamento das partículas

Após a retirada dos discos para determinar a densidade da madeira, o

restante da tora foi processado em tábuas com proximadamente 5 cm de

espessura, que após foram dividivas em pequenos pedaços com dimensão

aproximada de 5x5x15 cm, conforme mostra a figura 5A, para que fosse

saturada em água e posteriormente processada em flocos no flaker (Figura

5B). Como pode ser visto na figura 5C, os flocos foram colocados em um local

limpo e arejado para secarem e, quando secos, os flocos foram transformados

em partículas (Figura 5D) utilizando o moinho de martelos. As partículas foram

peneiradas em uma peneira com malha de 5mm (Figura 5E), e opós

selecionadas conforme a figura 5F, as maiores e as muito finas foram

eliminadas para melhor homogenizar o painel.

Figura 5 – A:Peças de madeira em água; B:Flocos cortadas no flaker ; C:Flocos submetidos a secagem por 20 dias; D:Partículas reduzidas no moinho de martelos; E:Classificação de partículas com 5mm; F:Flocos, partículas selecionadas e partículas rejeitadas.

33

Para a confecção das partículas de poliestireno, foi utilizado o moinho de

martelos conforme a figura 6. Porém, o material processado tinha a espessura

próxima das partículas de madeira, mas o comprimento era maior. Para melhor

uniformizar as partículas, estas foram repicadas com uma tesoura, ficando com

as dimensões semelhantes às partículas de madeira.

Figura 6 - Processo de preparo das partículas de poliestireno. Moinho de martelos (A), partículas de poliestireno (B), partículas de poliestireno e madeira (C).

4.4 Pré-testes

Foram realizados alguns pré-testes para que pudesse ser definido a

melhor temperatura, tempo de prensagem, pressão na chapa, modo de arranjo

do colchão e utilização de agente de acoplamento na confecção dos painéis.

Os valores apresentados na tabela 2 referem-se aos pré-testes

realizados, onde foi empregado uma proporção de 50% madeira e 50%

poliestireno, proporção essa mais utilizada nas literaturas encontradas, os pré-

testes foram realizados para determinar a melhor metodologia na confecção

dos painéis madeira-plástico.

34

Tabela 1 - Valores avaliados nos pré-testes.

Valores testados

Teste 1 Teste 2 Teste 3 Teste 4 Teste 5

Temperatura (°C) 90 110 130 110 110

Tempo (min) 10 15 20 20 15

Pressão Chapa (Kgf) 30 30 30 50 30

Agente de Acoplamento (%) 5 7 7 10 10

Para os pré-testes foi utilizada uma caixa formadora de 20x20x20 cm

(Figura 7), para proporcionar uma economia do material disponível.

Figura 7 - Caixa formadora para os pré-testes.

4.5 Confecção dos painéis

Antes da produção dos compósitos madeira-plástico, as partículas de

madeira passaram por um período de 24 horas para a secagem (Figura 9A) em

35

estufa elétrica convencional com ventilação forçada à 65 °C, até que

atingissem um teor de umidade 3% aproximadamente. Após este período as

partículas de madeira, poliestireno e o agente de acoplamento anidrido maleico

eram pesados em balança digital, como mostra a figura 9B, para formar o

colchão em camadas sendo quatro camadas de poliestireno, três de madeira e

seis do agente de acoplamento anidrido maleico, conforme esquema abaixo

(Figura 8).

PS

Anidrido Maleico

Madeira

Anidrido Maleico

PS

Anidrido Maleico

Madeira

Anidrido Maleico

PS

Anidrido Maleico

Madeira

Anidrido Maleico

PS

Figura 8 - Esquema utilizado na formação do colchão.

A caixa formadora (Figura 9C) tem dimensão de 40x40x20 cm largura,

comprimento e profundidade respectivamente. Após formar o colchão entre

duas placas de alumínio, forradas com papel manteiga para não grudar, eram

colocados nas laterais do colchão dois limitadores (Figura 9D) para determinar

a espessura final do painel. Com isso o colchão estava pronto para a prensa

hidráulica conforme figura 9E. O tempo de prensagem era de 15 minutos, a

pressão na chapa foi de 30 Kgf/cm², e a temperatura utilizada foi de 110 ºC,

equivalente a temperatura de fusão do poliestireno encontrada na literatura.

O esquema utilizado para a confecção dos painéis, nos quatro

tratamentos, encontra-se no anexo A.

36

Após a abertura da prensa o painel era retirado com cuidado e colocado

em uma prensa a frio para que o mesmo não empenasse ou criasse bolhas de

ar (Figura 9F).

Figura 9 - Preparo dos WCPs. Partículas secando em estufa (A), pesagem dos componentes do WCP (B), Caixa formadora 50x50x30cm (C), delimitadores de espessura (D), prensa hidráulica (E), prensagem a frio (F).

4.6 Confecção dos corpos de prova

Os corpos de prova foram cortados conforme o molde da figura 10A,

seguindo as normas ASTM D1037. Na figura 10B podemos ver como alguns

corpos de prova ficaram após o corte.

37

Figura 10 - Esquema dos corpos de prova. Modelo de papel (A), e após cortados (B).

Os corpos de prova foram colocados em câmara climatizada (Figura

11A) até atingirem uma umidade de equilíbrio de aproximadamente 12%. A

temperatura e a umidade foram mantidas em: temperatura em 20 ± 3 ºC e a

umidade em 65 ± 5%, controladas por um relógio termo-higrômetro (Figura

11B).

Figura 11 - Câmara climatizada. Corpos de prova distribuídos (A), câmara climatizada a 20°C e 65% (B).

38

4.7 Testes realizados nos painéis WPC

Todas as propriedades físicas e mecânicas testadas no presente estudo são

discriminadas na tabela 1.

Tabela 2 - Propriedades físicas e mecânicas dos painéis.

Propriedade F

ísic

as

Densidade

Absorção 2 horas

Absorção 24 horas

Inchamento 2 horas

Inchamento 24 horas

Dureza

Me

câ

nic

as Flexão estática MOE

Flexão estática MOR

Arrancamento de parafuso

Resistência à tração

4.7.1 Massa Específica

Para a determinação da massa específica o peso, em gramas, foi

determinado utilizando uma balança digital e o volume, em centímetros,

utilizando-se um paquímetro digital conforme a figura 12, abaixo.

Para este ensaio físico, os corpos de prova foram cortados com

dimensões de 5 x 5 x 0,95cm. Após a climatização, foram determinadas as

dimensões e a massa específica ao teor de umidade de equilíbrio e estes

dados foram utilizados para o cálculo da massa específica observada (MEo).

Foram utilizadas duas amostras por chapa, totalizando seis para cada

tratamento.

39

Figura 12 – Determinação da massa especifica. Balança digital para determinação do peso; Paquímetro digital para determinação do volume.

A massa específica foi calculada pela seguinte equação 2:

(2)

Onde: MEo= massa específica observada (g/cm³); M = massa; V = volume.

4.7.2 Absorção e inchamento

Para os testes de absorção e inchamento os corpos de prova de

15x15x0,95cm foram submersos em água (Figura 13) por períodos de 2 e 24

horas. Para o teste de absorção a percentagem de água absorvida era medida

em balança digital e para o teste de inchamento a percentagem de inchamento

do painel foi medida com paquímetro digital em quatro pontos marcados em

cada corpo-de-prova.

40

Figura 13 - Corpos de prova imersos em água.

Estes dados foram utilizados para o cálculo da absorção d’água e

inchamento em espessura (Equações 3 e 4).

(3)

Onde: A = absorção d’água (%); Pf = peso médio final (g); Pi = peso médio

inicial (g).

(4)

Onde: I = inchamento em espessura (%); Ef = espessura média final (cm); Ei =

espessura média inicial (cm).

4.7.3 Flexão estática

O teste de flexão estática foi realizado em máquina universal de ensaio

do LPF-UFSM conforme figura 14. Para obtenção dos valores de módulo de

41

elasticidade (MOE) e módulo de ruptura (MOR), os corpos de prova foram

dimensionados com 30x7,5x0,95cm.

O vão entre apoios foi de 24 vezes a espessura (22,8cm), e a velocidade

de aplicação da carga foi de 5 mm/minuto, conforme exigência da norma ASTM

D 1037(1999).

Figura 14 - Teste de flexão estática na maquina universal de ensaios.

4.7.4 Tração perpendicular

Antes de realizar o ensaio de tração, os corpos de prova de 5x5x0,95cm

foram colados face-a-face em duas peças de ferro (Figura 15A). Para isso

utilizou-se adesivo à base de epóxi, colando o painel WCP com o ferro.

Podendo-se assim realizar o ensaio de tração na máquina universal de ensaio

(Figura 15B).

A velocidade do teste foi calculada conforme a norma ASTM D1037, e

resultou em 0,76mm/min. No momento da ruptura, registrou-se a carga

máxima. Os valores da tração perpendicular foram calculados por meio da

relação entre a carga máxima e a área de esforço expressos em kgf/cm².

42

Figura 15 - Corpo-de-prova durante a secagem da cola (A), máquina universal de ensaios com teste de tração (B).

4.7.5 Arrancamento de parafuso

Os corpos de prova para o teste de arranchamento de parafuso tiveram

que ser colados face-a-face ficando assim com as dimensões de

14,5x7,5x1,9cm (Figura 16A).

Os painéis foram perfurados, com uma broca de 3 mm de espessura, ao

longo da espessura e perpendicularmente à superfície da chapa, onde foram

inseridos parafusos com 3,5 mm de diâmetro, 2,54 cm de comprimento e com

16 roscas/polegada, até 2/3 de seu comprimento conforme a norma ASTM

D1037.

Após a preparação o ensaio foi realizado na máquina universal de

ensaio (Figura 16B), utilizando-se a velocidade de 1,5mm/minuto.

43

Figura 16 - Corpo-de-prova colado face a face e com o parafuso inserido para realização do teste (A), teste de resistência ao arrancamento de parafuso (B).

44

4.7.6 Dureza de Janka

O teste de dureza foi realizado na máquina universal de ensaio (Figura

17), com uma velocidade de 6mm/minuto, onde uma semi-esfera de 100mm²

de área projetada penetra no painel e assim foi possível mensurar a dureza.

Figura 17 - Máquina universal de ensaios, teste de dureza.

4.8 Análise dos dados encontrados

Para analisar os valores encontrados nos testes realizou-se uma análise

de regressão linear. Para definir o modelo de cada teste realizado testamos a

regressão linear múltipla, onde foi testado como variáveis independentes a

45

massa específica (ME) e a percentagem de poliestireno (PS), encontrando

assim uma função matemática que podemos descrever a relação entre as

variáveis dependentes, os testes físico- mecânicos e as variáveis

independentes ME e/ou PS.

A escolha das variáveis independentes para os modelos foi feito

utilizando o procedimento de “stepwise” com este procedimento verificou-se a

precisão estatística com a inclusão de novas variáveis sendo definido o modelo

máximo de regressão como:

Teste = β0 + β1ME + β2PS + β3ME2 + β4PS2 + β5ME3 + β6PS3 + β71/ME + β81/PS

Após realizar um estudo das variáveis independentes pelo método de

“stepwise” os modelos foram selecionados observando o nível de significância

de cada variável, tomando como nível de tolerância 5%.

A seleção do melhor modelo de regressão foi baseada nas seguintes

estatísticas: coeficiente de determinação ajustado (R2), erro-padrão da

estimativa (Syx) e valor de F.

O coeficiente de determinação ajustado (R2) expressa a quantidade da

variação total explicada pela regressão. E quanto mais próximo de um for o

valor do Coeficiente de Determinação, melhor será o ajuste da linha de

regressão.

O Erro-Padrão da Estimativa indica a precisão do ajuste de um modelo

matemático, pode ser utilizado como comparador quando as variáveis

dependentes apresentarem a mesma unidade de medida. Esse parâmetro é

obtido pela fórmula:

(5)

Onde: Syx = Erro-Padrão da Estimativa; QMres. = Quadrado Médio do resíduo,

obtido na análise da variância.

Assim, quanto menor o Erro-Padrão da Estimativa, melhores são as

estimativas obtidas com a equação.

O valor de F calculado na análise da variância também foi utilizado como

um dos parâmetros estatísticos na determinação do melhor modelo

46

matemático. Por esse critério, quanto maior o valor de F, melhor o ajuste da

equação.

47

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 Massa específica

A tabela 3 apresenta as médias de massa específica para os quatro

diferentes tratamentos.

Tabela 3 - Médias da massa específica para os tratamentos.

Tratamento Massa específica (g/cm³)

1 0,7135

2 0,7614

3 0,8307

4 0,8785

Tratamentos: 1 = 75% de poliestireno; 2 = 60% de poliestireno; 3 = 50 % poliestireno e 4 = 40% de poliestireno.

Sendo assim, o tratamento 1 apresenta o menor valor de massa

específica, seguindo pelo tratamento 2, 3 e 4 respectivamente. Podemos

observar que o acréscimo de poliestireno foi proporcionalmente inverso ao

aumento da massa específica, este comportamento não era esperado uma vez

que o plástico apresenta densidade maior que a madeira.

Analisando a massa específica com relação à porcentagem de

poliestireno apresenta-se o seguinte modelo linear:

ME = 1,06812 – 0,004837*PS

Onde:

ME = Massa específica (g/cm³)

PS = Porcentagem de poliestireno

O gráfico da massa específica estimada pela equação e da massa

específica real do painel (Figura 18) indica que 86% da variabilidade em massa

específica pode ser ajustada pelo modelo. Sendo este estatisticamente

significativo ao nível de confiança de 99% (P< 0,01).

48

Figura 18 - Massa específica em relação à porcentagem de PS

No modelo temos um coeficiente de correlação de -0,93, indicando uma

forte e inversa relação entre as variáveis massa específica e porcentagem de

poliestireno, ou seja, conforme aumentamos a porcentagem de plástico a

massa específica diminui proporcionalmente.

Apesar dos painéis serem projetados inicialmente para uma densidade

de 1,05 g/cm³, esta diferença de massa específica pode ser explicada em

virtude das condições de manufatura dos painéis em laboratório, destacando-

se a falta de homogeneidade na distribuição manual da matéria-prima e a

perda de material durante o manuseio das partículas, autores como Hillig,

Haselein e Santini (2004), Dacosta et al. (2005), Pedrazzi (2005), Iwakiri et

al.(2005) e Rauber (2011) também citam estas variações.

O comportamento da massa especifica em relação a porcentagem de

poliestireno, sendo esse inversamente proporcional, não era esperado. Pois o

poliestireno tem a densidade de 1,05 g/cm³ e a madeira de Pinus elliottii teve

sua densidade determinada de 0,51 g/cm³, por este motivo o painel com maior

teor de plástico não deveria apresentar uma densidade inferior. Este fato

poderá ser explicado pela existência de espaços vazios e descontinuidades no

painel.

R² = 0,86 Syx = 0,02 F = 65,01

49

5.2 Inchamento após 2 horas de imersão em água

A tabela 4 apresenta as médias dos tratamentos para Inchamento após

2 horas de imersão em água.

Tabela 4 - Médias de inchamento em água após 2 horas para os tratamentos.

Tratamento Inchamento 2 horas (%)

1 0,9253

2 1,3610

3 2,1978

4 4,0348


O tratamento 1 apresenta a menor percentagem de inchamento em água

após 2 horas, seguido pelos tratamentos 2, 3 e 4, respectivamente. Podemos

observar que com o acréscimo de poliestireno os corpos de prova tiveram um

menor inchamento em 2 horas, este fato pode ser explicado pela pouca

interação entre os polímeros de poliestireno e as moléculas de água.

A norma brasileira NBR 14810-1/ABNT (2006) estabelece que o

inchamento em espessura após 2 horas seja no máximo de 8%, todos os

tratamentos ficaram abaixo do valor máximo exigido pela norma.

Analisando o inchamento após 2 horas com a porcentagem de

poliestireno se apresenta o seguinte modelo linear:

Inc2 = 5,7348 – 6,4648*PS

Onde:

Inc2 = Inchamento em água por 2 horas (%)


A figura 19 demonstra o gráfico do inchamento após 2 horas de

submersão em água em função da porcentagem de poliestireno. Sendo este

estatisticamente significativo ao nível de confiança de 99% (P< 0,01).

50

Figura 19 - inchamento após 2 horas de submersão em água.

O modelo linear apresenta uma moderada relação entre o Inchamento

após 2 horas e a porcentagem de poliestireno. Porém, como podemos observar

no gráfico e no quadro acima, conforme aumentamos a porcentagem de

poliestireno diminui-se o inchamento após 2 horas em água. O mesmo

comportamento foi encontrado por Pauleski (2005) utilizando polietileno de alta

densidade (PEAD), madeira e casca de arroz, com o aumento da porcentagem

de PEAD, diminuiu o inchamento do compósito.

Quanto menor a participação de partículas de madeira no compósito

menor será o valor do inchamento em espessura (TEIXEIRA, MOREIRA e

COSTA, 2002).

5.3 Inchamento após 24 horas de imersão em água

A tabela 5 apresenta as médias dos tratamentos para Inchamento após

24 horas submersos em água.

Tabela 5 - Médias de inchamento em água após 24 horas para os tratamentos.

(continua)


1 1,4738

2 2,5308

R² = 0,22 Syx = 1,55 F = 12,42

51

(conclusão)


3 5,2741

4 6,1532


O tratamento 1 apresenta a menor percentagem de inchamento em água

após 24 horas, de 1,47%, e o tratamento 4 apresentou uma maior percentagem

de inchamento, de 6,15%. Sendo assim podemos afirmar que com o acréscimo

de poliestireno os corpos de prova tiveram um menor inchamento em 24 horas,

do mesmo modo que o ocorrido em 2 horas.

A norma ANSI 208.1 (1987) considera aceitável o percentual de até 35%

para o inchamento em espessura após 24 horas, e todos os tratamentos

apresentaram um valor bem abaixo do indicado pela norma.

Analisando o inchamento após 24 horas com a porcentagem de

poliestireno, se apresenta o seguinte modelo linear:

Inc24 = 10,4716 – 12,1518*PS

Onde:

Inc24 = Inchamento em água por 24 horas (%)


O gráfico do inchamento após 24 horas pela porcentagem de

poliestireno (PS) é apresentado pela figura 20, sendo o modelo


52

Figura 20 - Inchamento após 24 horas em relação à porcentagem de poliestireno.

O modelo linear apresenta uma moderada a forte relação entre as

variáveis inchamento em 24 horas e porcentagem de PS. Como podemos

observar na figura acima, conforme aumentamos a porcentagem de

poliestireno, diminui-se o inchamento após 24 horas em água. Sendo seus

valores entre 1,47 e 6,15%, ao compararmos com os valores encontrados por

Pauleski (2005) na proporção de 40% madeira e 60% polietileno de alta

densidade o autor encontrou um valor de 13,87%, enquanto com o poliestireno

este valor foi de 2,53%, ou seja, o poliestireno teve uma menor taxa de

inchamento após 24 horas de submersão em água. O composto

madeira+poliestireno apresentou uma menor taxa de inchamento. Porém, os

valores ficaram próximos dos valores encontrados por Rauber (2011), que

apresenta um valor de 2,34% para a proporção de 40% madeira e 60%

poliuretano.

5.4 Absorção após 2 horas de imersão em água

A tabela 6 apresenta as médias dos tratamentos para absorção após 2

horas de submersão em água.

R² = 0,39 Syx = 2 F = 28,27

53

Tabela 6 - Médias de absorção em água após 2 horas para os tratamentos.

Tratamento Absorção 2 horas (%)

1 4,0124

2 8,7173

3 11,9180

4 14,4502


No tratamento 1 temos a menor percentagem de absorção em água

após 2 horas, de 4,01%, já no tratamento 4 apresenta-se a maior percentagem

de inchamento, de 14,45%. Com isso pode-se observar que com o acréscimo

de poliestireno os corpos de prova tiveram uma menor absorção de água.

Analisando a absorção após 2 horas com a porcentagem de poliestireno

pelo programa STATGRAPHICS, se apresenta o seguinte modelo linear:

Abs2 = 21,6265 – 22,4684*PS

Onde:

Abs2 = Absorção em 2 horas (%)


O gráfico da absorção estimada pela equação e da absorção real do

painel (figura 21) demostra que a absorção e porcentagem de PS são

inversamente proporcionais. O modelo explica 68% da variabilidade em

absorção, podendo ser ajustada pelo modelo, sendo este estatisticamente

significativo ao nível de confiança de 99% (P< 0,01).

54

Figura 21 – Absorção após 2 horas de submersão em água para os painéis WPC em função da porcentagem de PS.

No modelo linear para absorção em 2 horas temos um coeficiente de

correlação de -0,82, indicando uma forte e inversa relação entre as variáveis

absorção e porcentagem de poliestireno, ou seja, conforme aumentamos a

porcentagem de plástico a absorção diminui proporcionalmente.

O valor médio de 8,71% encontrado para a porcentagem de 40%

madeira e 60% termoplástico, quando comparado aos valores encontrados por

Rauber (2011) e Zoch (2013) que são de 8,46 e 6,99% respectivamente, temos

um valor superior de absorção em 2 horas.

5.5 Absorção após 24 horas de imersão em água

A tabela 7 apresenta as médias dos tratamentos para absorção após 24

horas submersos em água.

Tabela 7 - Médias de absorção em água após 24 horas para os tratamentos.

(continua)


1 2,2340

2 5,5992

R² = 0,68 Syx = 2,10 F = 19,57

55

(conclusão)


3 7,5824

4 7,6610


As médias tem o seguinte comportamento, o tratamento 1, com 75% de

poliestireno, apresenta a menor percentagem de absorção em água após 24

horas, o tratamento 4 teve a maior percentagem de absorção, de 7,66%.

Podemos observar que com o acréscimo de poliestireno obtivemos uma menor

absorção de água após o período de 24 horas.

Analisando a absorção após 24 horas com a porcentagem de

poliestireno, se apresenta o seguinte modelo linear:

Abs24 = 14,93 – 16,30*PS

Onde:

Abs24 = Absorção em 24 horas (%)


O gráfico da absorção estimada pela equação e da absorção real do

painel (Figura 22) demonstra que quanto menor a absorção, maior é a

porcentagem de PS, podendo ser ajustada pelo modelo 72% das variáveis. O

modelo estatisticamente significativo ao nível de confiança de 99% (P< 0,01).

Figura 22 - Absorção 24 horas em relação à porcentagem de PS.

R² = 0,72 Syx = 1,42 F = 26,12

56


forte e inversa relação entre as variáveis absorção e porcentagem de

poliestireno, ou seja, conforme aumentamos a porcentagem de poliestireno a

absorção após 24 horas diminui proporcionalmente.

Milagres et al. (2006) utilizou compósitos de madeira-plástico com

polipropileno, polietileno de alta densidade e polietileno de baixa densidade na

proporção 50% de madeira e 50% de termoplástico, com isso encontrou os

valores de 23,90, 17,58 e 18,26% respectivamente, Zoch (2013) utilizando o

polipropileno, nesta mesma proporção, apresentou um valor de 11,22%, e com

o poliestireno encontramos um valor de 7,58%, sendo uma menor absorção de

água após 24 horas. Na proporção de 60 % plástico para 40% de madeira

temos o valor médio de 5,60% de absorção, já Texeira, Moreira e Costa (2002)

encontraram um valor de apenas 2,77%. Porém, Zoch (2013) e Rauber (2011)

para esta proporção de 60% de plástico apresentam como valores médios,

13,72 e 27,29% utilizando polietileno e poliuretano, respectivamente.

5.6 Flexão estática

5.6.1 Módulo de ruptura

A tabela 8 apresenta os valores médios de Módulo de ruptura (MOR)

para os tratamentos após realização do teste de flexão estática.

Tabela 8 - Médias do Módulo de Ruptura (MOR).

Tratamento MOR (Kgf/cm²)

1 114,7083

2 135,9917

3 145,5650

4 172,2333

Onde: 1 = 75% de poliestireno; 2 = 60% de poliestireno; 3 = 50 % poliestireno e 4 = 40% de poliestireno.

Conforme apresentado na tabela, o tratamento 1, com 75% de

poliestireno, apresenta o menor valor para o MOR, de 114,71 Kgf/cm².

Podemos observar que com o acréscimo de poliestireno, diminuiu-se o valor de

57

MOR, isso pode ser explicado pela diminuição da massa específica que ocorre

quando aumentamos o termoplástico no painel.

Para valores de MOR a norma americana ANSI A 208.1, para chapas de

média densidade (tratamentos 1 e 2) e alta densidade (tratamentos 3 e 4), que

admite como valor mínimo requerido 112 e 168 kgf/cm², respectivamente,

sendo assim, somente o tratamento 3 não atingiu o valor esperado pela norma.

Analisando os valores de MOR em relação a massa específica,

encontramos o seguinte modelo linear:

MOR = -203,82 + 443,99*ME

Onde:

MOR = Módulo de Ruptura (Kgf/cm²)

ME = Massa específica

O gráfico do módulo de ruptura pela massa específica está apresentado

na figura 23, e demostra que quanto menor o MOR menor é a massa

específica. Podendo ser ajustada pelo modelo 74% das variáveis. O modelo é


Figura 23 - Módulo de Ruptura em relação à Massa Específica.

No modelo temos um coeficiente de correlação de 0,86, indicando uma

forte relação entre as variáveis, MOR e massa específica, ou seja, conforme

R² = 0,73 Syx = 17 F = 61,13

58

aumentamos a massa específica aumentamos o módulo de ruptura dos

painéis, e como a massa específica está diretamente ligada à diminuição de

porcentagem do poliestireno, o painel com 75% de poliestireno foi o que

apresentou o menor MOR.

Os valores encontrados por Milagres et al. (2006), utilizando 50%

madeira com 50% de plástico, sendo estes, polipropileno, polietileno de alta

densidade e polietileno de baixa densidade foram de 142,2, 154,9 e 154,8

Kgf/cm² respectivamente. Para esta mesma proporção com o poliestireno

encontrou-se um valor de 145,6 Kgf/cm², próximo aos valores de Milagres et al.

Na proporção de 40% madeira com 60% termoplástico, Teixeira, Moreira e

Costa (2002) apresentam um valor de MOR de 96,52 Kgf/cm² e Zoch (2013) o

valor de 105,03, enquanto o módulo de ruptura encontrado para o tratamento

com 60% PS é de 135,99 Kgf/cm².

Haselein et al. (2002), Hillig, Haselein e Santini (2004) e Albuquerque

(2002) observaram também que um aumento na densidade do painel resulta

em um aumento no MOR. Neste trabalho, observa-se que o tratamento 4, que

possui maior densidade, apresentou maior valor de MOR.

5.6.2 Módulo de elasticidade

A tabela 9 apresenta os valores médios de Módulo de elasticidade

(MOE) para os tratamentos após realização do teste de flexão estática.

Tabela 9 - Médias do Módulo de Elasticidade (MOE).

Tratamento MOE (Kgf/cm²)

1 13561,52

2 13200,49

3 18227,69

4 20911,13


Para as médias de MOR, o tratamento 1, com 75% de poliestireno,

apresenta o menor valor para o MOE, de 13561,52 Kgf/cm², e o tratamento 4

59

teve o maior valor para MOE, de 20911,13 Kgf/cm². Podemos observar que

com o acréscimo de poliestireno diminuiu-se o valor de MOE, assim como o

valor de MOR, este comportamento pode estar ligado a diminuição da massa

específica com o aumento de poliestireno.

A norma americana de comercialização ANSI A 208.1 para chapas de

média densidade (0,64 a 0,80 g/cm³) e alta densidade (0,80 a 1,12 g/cm³) do

tipo 1 admite como valores mínimos requeridos de MOE 17600 e 24480

kgf/cm2, respectivamente. Porém nenhum tratamento atingiu o valor mínimo

requerido.

Analisando os valores de MOE em relação à massa específica


MOE = -25278,6 + 52606,7*ME

Onde:

MOE = Módulo de Elasticidade (Kgf/cm²)


O gráfico do MOE pela massa específica (Figura 24) demonstra que

quanto maior o MOE, maior é a massa específica, podendo ser ajustada pelo

modelo 96% das variáveis. O modelo é estatisticamente significativo ao nível

de confiança de 99% (P< 0,01).

Figura 24 - Módulo de Elasticidade em relação à Massa Específica.

R² = 0,96 Syx = 69 F = 560

60


forte relação entre as variáveis MOE e massa específica, ou seja, conforme

aumentamos a massa específica aumentamos o módulo de elasticidade dos

painéis, e como a massa específica está diretamente ligada à diminuição de

porcentagem do poliestireno, o painel com 40% de poliestireno foi o que

apresentou o maior MOE.

Milagres et al. (2006), utilizando polipropileno, polietileno de alta

densidade e polietileno de baixa densidade, na proporção de 50% de madeira e

50% de plástico, apresenta os seguintes valores de MOE 14833, 17489 e

16301 Kgf/cm² respectivamente. Para esta mesma proporção de madeira-

plástico com o poliestireno, foi encontrado um valor de 18227,69 Kgf/cm²,

superior aos encontrados por Milagres et al. (2006). E para a proporção de

40% madeira + 60% termoplástico Teixeira, Moreira e Costa (2002) encontram

o valor de 15499,6 Kgf/cm², Pauleski (2005) 12289 Kgf/cm² e Zoch (2013)

13929,4 Kgf/cm², enquanto o módulo de ruptura para o 60% PS é de 13200,49

Kgf/cm².

Haselein et al. (2002), Hillig et al. (2008) e Albuquerque (2002)

observaram também que um aumento na massa específica do painel resulta

em um aumento no MOE.

5.8 Tração perpendicular a superfície da chapa

A tabela 10 apresenta os valores médios de tração perpendicular em

kgf/cm² para os quatro diferentes tratamentos.

Tabela 10 - Médias de Tração Perpendicular.

Tratamento Tração Perpendicular (Kgf/ cm²)

1 7,8904

2 5,4637

3 4,1651

4 4,3557


61

O tratamento 1, com 75% de poliestireno, apresenta o maior valor para a

tração perpendicular, de 7,89 Kgf/cm², já o tratamento 3 teve o menor valor, de

4,16 Kgf/cm². Podemos observar que com o acréscimo de poliestireno,

aumentou-se o valor da tração perpendicular, pois com o aumento do

termoplástico temos uma maior eficiência de colagem do painel.

A norma de comercialização americana (ANSI A 208.1, 1987) tem um

valor mínimo de 4,22 Kgf/cm². Sendo assim, as médias de tração perpendicular

atingidas ficaram dentro dos valores mínimos exigido pelas normas

referenciadas, exceto o tratamento 3, que ficou um pouco abaixo da norma

americana.

Analisando os valores de tração em relação à massa específica


Tração = 22,25 – 21,09ME

Onde:

Tração = Tração perpendicular (Kgf/cm²)


O gráfico da Tração perpendicular pela massa específica (Figura 25)

demonstra que quanto maior a massa específica menor é a tração. O modelo é


Figura 25 - Tração perpendicular dos painéis WPC em relação à massa específica.

R² = 0,52 Syx = 1,38 F = 11,10

62


moderada e inversa relação entre as variáveis, ou seja, conforme aumentamos

a massa específica, diminuímos a força de tração interna dos painéis. Como o

aumento da massa específica está ligada à diminuição de porcentagem do

poliestireno, o painel com 75% de poliestireno foi o que apresentou a maior

tração.

Milagres et al. (2006), utilizando 50% de madeira com 50% polipropileno,

50% de madeira com 50% de polietileno de alta densidade e 50% de madeira

com 50% de polietileno de baixa densidade apresenta os seguintes valores

4,42, 9,67 e 6,07 Kgf/cm² respectivamente. Para esta mesma proporção de

poliestireno temos o valor de 5,46 Kgf/cm², ficando próximo aos valores

encontrados por Milagres et al (2006). E para a proporção de 40% madeira e

60% termoplástico Teixeira, Moreira e Costa (2002) encontram o valor de 7,34

Kgf/cm², Pauleski (2005) 2,85 Kgf/cm² e Rauber (2011) 3,98 Kgf/cm², enquanto

para o tratamento com 60% de PS a tração encontrada é de 5,46 Kgf/cm².

5.9 Dureza Janka

Na tabela 11 temos os valores médios de dureza em kgf/cm² para os

tratamentos.

Tabela 11 - Médias de Dureza.

Tratamento Dureza (Kgf/ cm²)

1 435,00

2 538,00

3 616,33

4 656,66


As médias apresentadas na tabela acima apresentam um

comportamento crescente em relação ao aumento de porcentagem de madeira

no painel. Sendo assim, o tratamento 1, com 75% de poliestireno, apresenta o

menor valor para dureza, de 435 Kgf/cm², e o tratamento 4 teve o maior valor,

63

656,66 Kgf/cm². Podemos observar que com o acréscimo de poliestireno,

diminuiu-se o valor de dureza do painel, pois com o aumento do termoplástico

temos uma diminuição da massa específica do painel, que está diretamente

ligada à propriedade dureza.

Analisando os valores de dureza em relação à massa específica,


Dureza = -486,95 + 1317,08*ME

Onde:

Dureza = Dureza (Kgf/cm²)


Na figura 26 temos o gráfico da dureza em relação a massa especifica,

onde podemos observar que com o aumento da massa específica temos um

aumento na dureza do painel, sendo o modelo estatisticamente significativo ao

nível de confiança de 99% (P< 0,01).

Figura 26 – Dureza Janka dos painéis WPC em relação à Massa Especifica.


forte relação entre as variáveis, ou seja, conforme cresce a massa específica,

cresce a dureza dos painéis, e como o aumento da massa específica está

R² = 0,83 Syx = 40 F = 50,18

64

ligada à diminuição de porcentagem do poliestireno, o painel com 40% de

poliestireno foi o que apresentou a maior dureza.

Milagres et al. (2006), confeccionando painéis de 50% madeira

misturada com, 50% polipropileno, 50% polietileno de alta densidade e 50%

polietileno de baixa densidade apresenta os seguintes valores 667,29, 409,31 e

445,33 Kgf/cm² respectivamente. Para esta mesma proporção de madeira e

poliestireno encontramos o valor de 616,33 Kgf/cm², ficando próximo da dureza

do painel madeira+polipropileno de Milagres et al. (2006). E para a proporção

de 40% madeira + 60% termoplástico, Teixeira, Moreira e Costa (2002)

encontram o valor de 449,59 Kgf/cm², e Rauber (2011) 25,49 Kgf/cm²,

enquanto para o tratamento com 60% PS, a tração é de 538 Kgf/cm², valor

superior aos painéis de madeira+polietileno de baixa densidade e

madeira+poliuretano.

5.10 Arrancamento de Parafuso

Na tabela 12 temos os valores médios do arrancamento de parafuso em

kgf para os tratamentos.

Tabela 12 - Médias do Arrancamento de Parafuso.

Tratamento Arrancamento de Parafuso (Kgf)

1 104,66

2 123,00

3 136,00

4 140,33


O tratamento 1, com 75% de poliestireno, apresenta o menor valor para

o arrancamento de parafuso, de 104,66 Kgf, e o tratamento 4 teve o maior

valor, de 140,33 Kgf. Com o acréscimo de poliestireno, diminuiu-se o valor do

arrancamento de parafuso, pois com o aumento de poliestireno temos uma

65

diminuição da massa específica do painel, e assim como na dureza, está

diretamente ligada à propriedade.

A norma americana de comercialização ANSI A 208.1 (1987) admite um

valor mínimo requerido de 102 Kgf, ficando todos tratamentos dentro do valor

esperado.

Analisando os valores de arrancamento de parafuso em relação à massa

específica, foi encontrado o seguinte modelo linear:

Parafuso = -2,34 + 164,09*ME

Onde:

Parafuso = Arrancamento de Parafuso (Kgf)


No gráfico do arrancamento de parafuso em relação à massa especifica

(Figura 27) podemos observar que com o aumento da massa específica temos

um aumento na força para o arrancamento de parafuso, sendo o modelo


Figura 27 - Resistência ao arrancamento de parafuso em função da massa especifica.

R² = 0,57 Syx = 9,42 F = 12,12

66


moderada e direta relação entre as variáveis, ou seja, conforme aumenta a

massa específica aumenta a força para arrancar parafusos dos painéis, e como

o aumento da massa específica está ligado à diminuição de porcentagem do

poliestireno, o painel com 40% de poliestireno foi o que apresentou a maior

força, de até 160 kgf.

Milagres et al. (2006), confeccionando painéis de 50% madeira

misturada com, 50% polipropileno, 50% poliestileno de alta densidade e 50%

poliestileno de baixa densidade, apresenta os seguintes valores para o

arrancamento de parafuso 128,42, 139,87 e 131,52 Kgf respectivamente. Para

esta mesma proporção de poliestireno encontramos o valor de 136 Kgf, ficando

próximo dos valores de Milagres et al. (2006).

67

6 CONCLUSÕES

Tendo em vista os resultados do presente trabalho, pode-se relatar as

seguintes conclusões e recomendações para os painéis madeira-plástico

(WPC), com madeira de Pinus elliottii e poliestireno.

Os valores para a densidade dos painéis, nos quatro tratamentos

apresentaram uma ampla variação, os painéis apresentaram uma perda de

massa durante a sua confecção. Além disso, os painéis apresentaram um

comportamento inesperado em relação a massa especifica, os painéis com

maior porcentagem de poliestireno apresentaram uma menor massa especifica.

As propriedades físicas apresentaram comportamentos específicos nos

diferentes tratamentos analisados. Com o aumento da massa específica e,

consequente diminuição do teor de poliestireno, as chapas apresentaram uma

menor resistência a absorção d’água e inchamento em espessura, após 2 e 24

horas. Além disso, a dureza apresentou uma variação conforme o esperado, os

painéis com maior massa específica foram os de maior dureza entre os

tratamentos avaliados.

As propriedades mecânicas (módulo de ruptura, módulo de elasticidade

e a resistência ao arrancamento de parafuso) analisadas no presente estudo,

apresentaram acréscimo proporcional ao aumento da massa específica. A

tração perpendicular, porém, demonstrou um comportamento inverso,

conforme a massa específica aumentava, diminui-se a tração.

Foi possível a confecção painéis madeira-plástico utilizando partículas

de poliestireno, proveniente da reciclagem de copos plásticos e partículas de

madeira de Pinus elliottii. Contudo o uso de um agente de acoplamento, o

anidrido maleico foi de fundamental importância na confecção dos painéis

WPC.

O poliestireno como termoplástico revelou ser uma alternativa de

elevado potencial para a confecção de chapas WPC, podendo este ser

utilizado comercialmente, como outros adesivos termoplásticos na fabricação

destes painéis.

68

7 BIBLIOGRAFIA

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prensagem de aglomerados. 2002. 150 f. Tese (Doutorado em Ciências

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74

ANEXOS

Anexo A - Esquema para a produção dos painéis WPC.

75

Anexo B - Análise de regressão massa específica/porcentagem de PS

76

Anexo C - Análise de regressão Absorção 2 horas/Porcentagem de PS

77

Anexo D - Análise de regressão Absorção 24 horas/Porcentagem de PS

78

Anexo E - Análise de regressão Inchamento 2 horas/Porcentagem de PS

79

Anexo F - Análise de regressão Inchamento 24 horas/Porcentagem de PS

80

Anexo G - Análise de regressão MOE/Massa específica

81

Anexo H - Análise de regressão MOR/Massa específica.

82

Anexo I - Análise de regressão Tração perpendicular/Massa específica.

83

Anexo J - Análise de regressão Arrancamento de parafuso/Massa específica.

84

Anexo K - Análise de regressão Dureza/Massa específica

85

Anexo L – Agente de acoplamento utilizado na fabricação dos painéis WPC.

CARACTERIZAÇÃO DE PAINÉIS WPC FABRICADOS COM...

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