Avaliação de propriedades de fadiga em compósitos de polipropileno reciclados reforçados com fibras de coco para utilização em equipamentos relacionados à indústria automobilística

Dados do Projeto e do Proponente

Título do Projeto: Avaliação de propriedades de fadiga em compósitos de polipropileno reciclados reforçados com fibras de coco para utilização em equipamentos relacionados à indústria automobilística.

Coordenador do Projeto:

Instituição Executora: Universidade de Brasília

Edital:

1. Objetivo e metas

O objetivo deste trabalho é estudar a influência das concentrações de fibra de coco verde e de agente compatibilizante nas propriedades mecânicas monotônicas (tração) e nas cíclicas (fadiga) de compósitos de PP e fibra de coco.

O projeto tem como meta, através do estudo relacionado a resistência da vida em fadiga, propor o uso racional e em grande escala de materiais recicláveis reforçados com dejetos vegetais provenientes da fibra de coco nas grandes indústrias automobilísticas.

2. Metodologia

A fibra de coco verde será primeiramente cortada com uma guilhotina, resultando em uma fibra com comprimento médio determinado. Em seguida, será realizada a moagem a seco em um moinho de facas, em duas etapas de moagem: na primeira etapa utiliza-se uma grelha com abertura de aproximadamente 3 cm e na segunda etapa utiliza-se uma grelha com abertura de aproximadamente 0,5 cm. Antes do processo de extrusão, as fibras serão secas em estufa durante 24 horas, à 100°C e acondicionadas em sacos aluminizados como barreira à umidade e à luz.

Os componentes dos compostos serão pesados e pré-misturados em um misturador termocinético antes de serem extrudados (figura 1).

Figura 1: exempli de pré-mistura com bagaço de cana (figuras referente ao material em formato pdf disponibilizado no moodle unb pela professora Sandra Luz)

O processamento pro Extrusão será feiro através de um Misturador Termocinético (figura 2)

Figura 1: Misturador Termocinético (figura referente ao material em formato pdf disponibilizado no moodle unb pela professora Sandra Luz)

A formulação será Polipropileno com 40% (em massa) de fibras de coco escolhida a partir dos desenvolvimentos anteriormente descritos nesta proposta. A extrusora utilizada será uma extrusora dupla rosca co-rotante (modelo mostrado na figura 2). O perfil de temperatura durante a extrusão, realizada sob rotação de 200 a 300 RPM, será de 150 a 200 ° C.

Os compósitos preparados no processo de extrusão serão moídos e injetados em corpos de prova de tração, segundo normas ASTM D638, em uma injetora (a definir), à pressão de injeção deve ser de 360 bar, com perfil de temperatura variando de 190 a 200° C.

Para estabelecer os valores de tensões a serem estudados nos ensaios de fadiga, ensaios de tração serão realizados em uma Máquina Universal de Ensaios, segundo norma ASTM 638.

As amostras serão submetidas a diferentes carregamentos cíclicos e suas curvas S-N serão obtidas através dos resultados de ensaios de fadiga em máquinas de tração. Os resultados dos ensaios tem objetivo de comparar as influências das modificações químicas sobre a fibra do coco, a influência no método de mistura através da comparação de resistência à tração dos compósitos – termocinético, resistência à tração dos compósitos – extrusão x termocinético, propriedades de flexão e a influência da modificação química nas propriedades dos compósitos.

O tipo de carregamento tensão-tensão, controlado por tensão, foi aplicado devido à geometria da amostra. Cargas compressivas não serão aplicadas devido à ocorrência de flambagem do corpo de prova. Para obtenção da curva S-N, variar-se-á a força máxima aplicada em 7 diferentes níveis, com o máximo de tensão não excedendo 90% do limite elástico do compósito, determinado nos ensaios de tração; a força mínima será mantida em 50 N.

3. Resultados Esperados

3.1 Tração

Realizados os ensaios de tração, pretende-se obter as curvas tensão-deformação e as tabelas mostrando a média e o desvio padrão dos resultados de resistência à tração e da deformação na ruptura dos ensaios.

3.2 Fadiga

Submetendo pelo menos quatro composições do compósito compatibilizado a ensaios de fadiga, pode-se verificar seu comportamento em um carregamento cíclico e comparar os resultados para diferentes tipos de compósitos.

Para cada composição serão realizados três repetições de ensaios, uma para cada valor de tensão máxima. Com os resultados pode-se traçar respectivas curvas S-N.

As análises das curvas S-N serão comparadas juntamente com os resultados para valores de concentração percentual variadas de fibra de coco, variando também a concentração do agente compatibilizante.

Posteriormente, os corpos de proves rompidos nos ensaios serão analisados juntamente com os gráficos e as diferentes tensões aplicadas.

4. Embasamento teórico e análise bibliográfica relacionada ao tema da presente proposta

O polímero linear polipropileno é obtido a partir da reação de polimerização do propileno com o uso do catalisador esteroespecífico Ziegles-Natta, à base de cloreto de titânio etil alumínio. A temperatura ambiente, o propileno é um gás, que é obtido durante o craqueamento do petróleo.

O polipropileno (PP) é um termoplástico semicristalino apolar de baixa densidade, que apresenta propriedades térmicas, químicas e elétricas bem equilibradas. Esse termoplástico tem elevada resistência a ruptura por flexão e fadiga; acima de 14°C possui boa resistência a impacto, boa resistência química, apresenta baixa absorção de umidade, e com a adição de aditivos conseguem-se propriedades específicas a custos reduzidos

Em 1957 a Montecatini começou a exploração comercial do polipropileno isotático, dando início a um elevado crescimento do consumo do polipropileno, sendo muito usado na forma de fibras e peças obtidas por moldagem por injeção, e utilizado em vários setores, como mostrado na figura 4.1.

Figura