Biônica e seleção de materiais celulares para projetos de design : caracterização e análise de cortiça e espumas poliméricas

Abstract

Os materiais celulares possuem propriedades interessantes para aplicação no design. Dentre os mais conhecidos destacam-se a cortiça e alternativas poliméricas sintéticos bioinspirados no material natural. Contudo, pouco tem sido estudado em termos da relação entre a microestrutura e propriedades para aplicações no design de produto. Esta pesquisa apresenta a caracterização e comparação de materiais celulares através de um estudo de caso de rolhas, com foco na seleção de materiais, e relacionando a densidade relativa e porosidade das amostras com as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), termogravimetria (TGA) e ensaios de compressão. As análises foram realizadas em amostras de rolhas confeccionadas fora do Brasil em cortiça natural e aglomerada, e de alternativas sintéticas de polipropileno expandido e EVA. As imagens via MEV apresentam a replicação do padrão celular da cortiça nas alternativas sintéticas. Os ensaios de compressão foram relacionados e discutidos quanto às propriedades mecânicas e à característica celular dos materiais. Foi, também, discutido como a microestrutura dos materiais celulares, sejam naturais ou sintéticos, reflete diretamente nas suas propriedades termomecânicas, bem como considerações na seleção de materiais para projetos de design. Foi possível concluir, ainda, que a análise por TGA mostrou a cortiça natural como um material mais homogêneo em comparação com a aglomerada, já as amostras sintéticas apresentaram-se mais resistentes à degradação térmica.

Cellular materials present interesting properties for application in design. Among the most well-known are cork and synthetic polymer alternatives, bio-inspired in the plant material. However, little has been studied about the relationship between microstructure and properties for applications in product design. This research aims the characterization and comparison of cellular materials through a case study of stoppers, with focus on material selection, and relating the relative density and porosity of the samples with techniques of scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetry (TGA) and compression tests. The analyzes were carried out on samples of natural and agglomerated cork and synthetic alternatives of expanded polypropylene and EVA. SEM images show the replication of the cork cell pattern in synthetic alternatives. Compression tests were related and discussed regarding the mechanical properties and the cellular characteristics of the materials. How the microstructure of both natural and synthetic cellular materials directly reflects on their thermomechanical properties was discussed, as well as considerations in the materials selection for design projects. Additionally, it could be concluded that TGA analyses showed natural cork as a more homogeneous material in comparison to the agglomerate, whereas the synthetic samples were more resistant to thermal degradation.