Desenvolvimento de compósitos de resina epóxi e fibras de Taquara-Lixa(Merostachys Skvortzovii Sendulsky) para aplicações estruturais

Abstract

Resumo: Nesta tese de doutorado, a caracterização de fibras não tratadas e tratadas com álcali, de uma espécie vulgar de bambu, a taquara-lixa (Merostachys skvortzovii Sendulsky) foi efetuada através da determinação de sua composição química (umidade, cinzas, lignina e conteúdo de extrativos) solubilidade em água quente e fria, pH, microscopia óptica e índice de cristalinidade. Uma análise térmica mostrou que as fibras começam o processo de degradação aos 250°C. Corpos de prova de compósitos de taquara-lixa/resina epóxi foram preparados com 56% (m/m) de fibras longas (280 mm) alinhadas e com 54% (m/m) de fibras curtas (25 mm) dispostas aleatoriamente e um corpo de prova em forma de viga-sanduíche em três camadas foi moldado, com duas camadas externas de compósitos de fibras longas, separadas por uma camada mais espessa de compósito de fibras curtas. Análises foram feitas por dois métodos (Timoshenko e ASTM) para a obtenção de parâmetros de caracterização mecânica dos materiais (Módulos de Elasticidade e de Cisalhamento) e os valores obtidos foram aplicados em ensaio simulado de um corpo de prova em forma de viga-sanduíche, sendo seus resultados comparados com ensaios experimentais. Os compósitos foram caracterizados por difratometria de raios-X, absorção de água e umidade, e ensaios de flexão. Os módulos de elasticidade e de cisalhamento dos compósitos (15 500 MPa e 932 MPa / 6 800 MPa e 1 042 MPa, para compósitos de fibras longas e curtas, respectivamente) indicam que estes materiais podem ser utilizados em aplicações estruturais, com a vantagem de apresentar baixas taxas de absorção de água (8,4%) e umidade (2,4-2,8%). Concluiu-se que o método aqui chamado de Timoshenko é o mais conveniente para servir como ferramenta de obtenção dos Módulos de Elasticidade e de Cisalhamento de compósitos sintéticos. O trabalho foi complementado com a aplicação do método proposto em ensaios de flexão de uma nova série e de corpos de prova de compósitos de taquara-lixa/epóxi e foi concluído que estes materiais podem ser utilizados em aplicações estruturais (vigas-sanduíche) mesmo sem tratamento químico das fibras. Palavras-chave: Fibras de taquara-lixa. Tratamento mecânico. Compósitos. Ensaios de flexão. Vigas-sanduíche.

Abstract: In this doctorate thesis, characterization of untreated or alkali treated fibers of "taquara-lixa" (Merostachys skvortzovii Sendulsky), a common type of bamboo, was performed through the determination of the chemical composition (moisture, ash, lignin and extractive contents), solubility in hot or cold water, pH values, optical microscopy and crystallinity index. Thermal analysis showed that fibers begin to degrade at 250ºC. Samples of taquara-lixa/epoxy resin composites were prepared with 56% (w/w) of long aligned fibers (280mm) and with 54% (w/w) of randomly disposed short fibers (25mm) and a sandwich-beam sample shaped in three layers was prepared with two outer long fibers composite separated by a thicker layer of the short fiber material. Analysis was performed by two methods (Timoshenko and ASTM), to obtain mechanical characterizing parameters of the materials (elastic and shear modules) and the values obtained were applied in a simulated testing of a specimen shaped as a sandwich-beam, and this results were compared with experimental ones. Composites were characterized by x-ray diffraction patterns, water and moisture absorption, and flexural tests. Elasticity and shear modulus of composites (15 500 MPA and 932 MPa/ 6 800 MPa and 1 042 MPa for long and short fibers composites respectively) indicate that these materials may be used for structural applications with the advantage of low water (8.4%) and moisture (2.4-2.8%) absorption. It was concluded that the method here named Timoshenko is the more convenient to serve as a tool in obtaining Elasticity and Shear Modules of synthetic composites. The work was completed by applying the proposed method in bending tests of new series of epoxy/taquara-lixa composites specimens and it was concluded that these materials can be used in structural applications (sandwich beams) even without chemical treatment of the fibers. Keywords: Taquara-lixa fibers. Mechanical treatment. Composites. Bending tests. Sandwich beams.