Desenvolvimento e caracterização de polietileno de alta densidade pós-consumo reforçado com fibra de curauá visando a aplicação em muletas axilares

Abstract

O movimento global direcionado ao uso de recursos naturais, renováveis e biodegradáveis para o desenvolvimento de novos materiais têm aumentado, destacando-se as pesquisas sobre compósitos utilizando fibra vegetal como reforço. Diante dessa busca, o presente estudo tem como objetivo desenvolver, através de moldagem por injeção, um material compósito de matriz polimérica utilizando o polietileno de alta densidade pós-consumo (PEADpc) como fase matriz, PE-g-AM como agente de acoplamento e fibra de curauá (FC) como reforço. Para tal, o estudo foi dividido em duas etapas experimentais e uma etapa de simulação gráfica. A primeira etapa corresponde à análise da influência dos tratamentos superficiais realizados nas fibras de curauá, a fim de avaliar a importância da limpeza das fibras vegetais, através das interações fibra-matriz dos compósitos poliméricos. Já a segunda parte refere-se à determinação do teor de fibras mais adequado, em termos de desempenho mecânico, para o material compósito desenvolvido. As amostras foram caracterizadas por meio de determinação de densidade, teste de absorção de água, ângulo de contato, índice de fluidez (MFI), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), ensaios mecânicos (tração, flexão, impacto e dureza) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados obtidos indicaram que o PEADpc pode substituir o PEAD virgem, sem que ocorra prejuízos significativos em relação a perdas de propriedades. A utilização da fibra de curauá como reforço na matriz polimérica resultou na melhoria das propriedades mecânicas do material compósito. Quando comparado com a matriz polimérica pura, o PEADpc/30FC apresentou um aumento de 198,05% no módulo de elasticidade à tração, 125,67% de resistência à tração na ruptura, 183,06% no módulo de elasticidade à flexão e 76,37% de resistência à flexão. Ademais, apresentou uma diminuição de 83,78% na resistência ao impacto, confirmando a maior rigidez destes materiais compósitos. Nas micrografias obtidas por MEV, foi possível verificar a influência positiva do uso de agente de acoplamento na interface fibra-matriz, resultando numa boa transferência da força de uma fase à outra. Por fim, em decorrência do excelente desempenho mecânico apresentado pelo PEADpc/30FC, foi realizado simulação estática de análise de tensões no software AutoDesk Inventor®, onde pode-se verificar que o desempenho do compósito desenvolvido com PEADpc/30FC é próximo ao da madeira. Tornando-se viável a sua aplicação em muletas axilares, desde que sejam feitas algumas alterações no design do produto convencional.

The global movement towards the use of natural resources, renewable and biodegradable for the development of new materials have increased, highlighting the research on composites using vegetable fiber as reinforcement. Faced with this search, the present study aims to develop, through injection molding, a polymer matrix composite material using post-consumption high density polyethylene (HDPEpc) as matrix phase, PE-g-MA as a coupling agente and curaua fiber (CF) as reinforcement. Therefore, the study was divided into two experimental stages and a graphic simulation stage. The first step corresponds to the analysis of the influence of surface treatments performed on curauá fibers, to assess the importance of cleaning plant fibers, through the fiber-matrix interactions of polymeric composites. The second part refers to the determination of the most adequate fiber content, in terms of mechanical performance, for the composite material developed. The samples were characterized by density determination, water absorption test, contact angle, flow index (MFI), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), mechanical tests (tensile, bending, impact and hardness) and scanning electron microscopy (SEM). The results obtained indicated that the HDPEpc can replace the virgin HDPE, without significant losses in relation to properties. The use of curauá fiber as a reinforcement in the polymer matrix resulted in the improvement of the mechanical properties of the composite material. When compared to the pure polymer matrix, the HDPEpc/30CF showed an increase of 198.05% in the tensile modulus of elasticity, 125.67% tensile strength at break, 183.06% flexural modulus of elasticity and 76.37% flexural strength. Furthermore, it showed a decrease of 83.78% in impact resistance, confirming the greater rigidity of these composite materials. In the micrographs obtained by SEM, it was possible to verify the positive influence of the use of coupling agent on the fiber-matrix interface, resulting in a good transfer of force from one phase to the other. lastly, due to the excellent mechanical performance presented by the HDPEpc/30CF, static simulation of stress analysis was performed in AutoDesk Inventor® software, where it was observed that the performance of the composite developed with HDPEpc/30CF is close to that of wood. Enabling the application of the material developed in axillary crutches, provided that some changes are made to the design of the conventional product.