Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/46155
Type: Tese
Title: Compósito híbrido constituído de partículas de granito e microfibras de eucalipto em matriz de polipropileno reciclado e pigmentado
Authors: Rômulo Maziero
First Advisor: Juan Carlos Campos Rubio
First Referee: Paulo Eustaquio de Faria
Second Referee: Júlio Cesar dos Santos
Third Referee: Túlio Hallak Panzera
metadata.dc.contributor.referee4: André Gustavo de Sousa Galdino
metadata.dc.contributor.referee5: Luciano Machado Gomes Vieira
Abstract: O desenvolvimento de materiais compósitos sustentáveis, a partir de materiais poliméricos reciclados e resíduos da indústria da madeira e processamento de rochas, permite reduzir o volume desses subprodutos, minimizando os impactos na saúde e no meio ambiente. Atualmente, o polipropileno (PP) é o polímero mais reciclado da indústria, enquanto a indústria madeireira tem utilizado cada vez mais madeira de plantios florestais sustentáveis como eucalipto. Hoje, o Brasil é um dos maiores exportadores mundiais de placas de granito que exigem corte, modelagem e acabamento de lâminas de rocha ornamental e de construção. O rejeito de pó da indústria de extração e beneficiamento de rochas ornamentais é comumente descartado no meio ambiente sem tratamento prévio. Assim, a opção tecnológica pelo desenvolvimento de materiais compósitos apresenta-se como uma alternativa sustentável para as indústrias de transformação e fabricação, possibilitando o desenvolvimento de novos materiais com características técnicas especiais. Compósitos constituídos de fibras e partículas têm sido o foco de pesquisas recentes a fim de otimizar as propriedades físico-mecânicas desses materiais. Nesta tese, compósitos híbridos foram preparados a partir da combinação de microfibras de eucalipto não tratadas, alcalinizadas e branqueadas com partículas de granito, respectivamente, como reforços em matriz de polipropileno reciclado (PPr). A matriz termoplástica foi caracterizada por calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TGA), termogravimetria derivada (DTG), espectrometria no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e índice de fluidez (MFI). As microfibras de eucalipto foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS). Para a caracterização das partículas de granito foram utilizadas técnicas de MEV, EDS e difratometria de raios X (DRX). Os compósitos foram obtidos pelos métodos de extrusão e injeção, moldados em corpos de prova para ensaios de tração, flexão em três pontos, impacto Izod e dureza Shore D. Além disso, foi feita uma resposta de avaliação estatística por análise de variância. As seções transversais das amostras submetidas aos ensaios mecânicos foram analisadas quanto à morfologia, microestrutura e interface matriz-cargas. Também foram caracterizadas as propriedades térmicas, físico-químicas, reológicas, higroscópicas e a taxa de fusão dos compósitos. Os resultados experimentais mostraram que houve aumento nos módulos de elasticidade em tração e flexão, rigidez e redução da tenacidade sob impacto com a adição de microfibras e pó de granito em matriz. Transições de fratura dúctil-frágil foram verificadas, sendo presente fratura dúctil em tração de compósitos com microfibras de eucalipto e fratura frágil com adição de partículas finas de granito. Efeito de transcristalização de cadeias de polipropileno pode ter ocorrido na superfície de óxidos do pó de granito, provavelmente nanométricas. Retardamento na taxa de queima do polímero e menor absorção de água dos compósitos foram obtidos com a adição da fração inorgânica no sistema. As partículas de granito em pó podem ser incorporadas à matriz de polipropileno associada a microfibras de eucalipto formando compósitos híbridos, com potencial aplicação em engenharia estrutural como indústrias de transporte e construção civil.
Abstract: The development of sustainable composites materials, from recycled polymeric materials and waste from the wood industry and stone processing, allows reducing the volume of these by-products, minimizing impacts on health and the environment. Nowadays, polypropylene (PP) is the most recycled polymer in industry, while the furniture industry has increasingly used timber felled from sustainable forest plantations as a eucalypt. The powder tailing from the ornamental stone extraction and processing industry is commonly disposed of in the environment without previous treatment. Today, Brazil is one of the leading exporters of granite slabs worldwide which requires cutting, shaping, and finishing of ornamental and building stone blades. Thus, the technological option for the development of composite materials presents itself as a sustainable alternative for processing and manufacturing industries, enabling the development of new materials with special technical features. Composites made up of fibers and particles have been the focus of recent research in order to optimize the physical-mechanical properties of these materials. In this thesis, hybrid composites were prepared using untreated, alkalized and bleached eucalyptus microfibers with granite particles, respectively, as reinforcements in recycled polypropylene matrix (rPP). The thermoplastic matrix was characterized by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TGA), derivative thermogravimetry (DTG), Fourier transform infrared spectrometry (FTIR) and flow index (MFI). Eucalyptus microfibers were characterized by scanning electron microscope (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). To characterized granite particles, SEM, EDS and X-ray diffraction (XRD) techniques were used. A single screw extruder and injection molding were used to manufacture the composites specimens. The mechanical characterization was performed through tensile, bending, Izod impact and Shore D hardness tests. Also, a statistical evaluation response by analysis of variance was made. The cross-sections of the samples submitted to mechanical tests were analyzed for morphology, microstructure and matrix-filler interface. Thermal, physicochemical, rheological, hygroscopic properties and the melting rate of the composites were also characterized. The experimental results showed an increase in the modulus of elasticity in traction and bending, stiffness and a reduction in toughness under impact with the incorporation of microfibers and granite powder in the matrix. Ductile-brittle fracture were observed, with ductile fracture present in tensile composites with eucalyptus microfibers and brittle fracture with the inclusion of fine granite particles. The effect of transcrystallization of polypropylene chains may have occurred on the surface of oxides of granite powder, probably nanometric. Delay in the polymer burning rate and lower water absorption of the composites were obtained with the addition of the inorganic fraction in the system. The results showed that powder granite particles can be incorporated into the polypropylene matrix associated with eucalyptus microfibers forming hybrid composites with potential application in structural engineering, such as transport and civil construction industries.
Subject: Engenharia mecânica
Compósitos
Termoplásticos
Polipropileno
Eucalipto
Granito
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/46155
Issue Date: 15-Mar-2022
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