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Universidade de São Paulo
Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz"
Fabricação e qualificação de placas compostas de serragem e plástico
reciclável
Rogério Quinhones
Dissertação apresentada para obtenção do título de
Mestre em Recursos Florestais. Área de concentração:
Tecnologia de Produtos Florestais
Piracicaba
2007
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Rogério Quinhones
Engenheiro Florestal
Fabricação e qualificação de placas compostas de serragem e plástico
reciclável
ORIENTADOR:
Prof. Dr. JOSÉ NIVALDO GARCIA
Dissertação apresentada para obtenção do título de
Mestre em Recursos Florestais. Área de concentração:
Tecnologia de Produtos Florestais
Piracicaba
2007
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Dados I nt ernaci onai s de Catal ogação na Publ i cação ( CI P)
DI VI SÃO DE BI BLI OTECA E DOCUMENTAÇÃO - ESALQ/ USP
Quinhones, Rogério
Fabricação e qualificação de placas compostas de serragem e plástico reciclável /
Rogério Quinhones. - - Piracicaba, 2007
47 p. : il.
Dissertação (Mestrado) - - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, 2007.
Bibliografia.
1. Ensaios de propriedades mecânicas 2. Madeira (Propriedades físicas; propriedades
mecânicas) 3. Materiais compósitos 4. Polímeros (Materiais) 5. Resíduos 6. Serragem
I. Título
CDD 674.13
“Per mi t i da a cópi a t ot al ou par ci al dest e document o, desde que ci t ada a
f ont e – O aut or”
3
DEDICATÓRIA
Dedico a minha família
4
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. José Nivaldo Garcia pela oportunidade oferecida e pelos conselhos e
orientações dados ao longo do trabalho.
Ao Prof. Dr. Geraldo Bortoletto Jr. pelo apoio, e auxílio na realização dos experimentos e
ensaios.
Aos técnicos Luís Eduardo e Bruno pelo desempenho de suas funções com eficiência e
presteza.
A toda a equipe técnica e administrativa do Departamento de Ciências Florestais da
ESALQ.
Aos demais professores do Departamento de Ciências Florestais.
A minha esposa Geni pela paciência e compreensão.
Aos amigos e colegas do Programa de Pós-graduação em Recursos Florestais da ESALQ.
Ao aluno de graduação Ricardo Sixel, pelo apoio na execução dos experimentos.
5
"Entrai pela porta estreita; porque larga é a porta, e espaçoso o caminho que conduz à perdição,
e muitos são os que entram por ela; e porque estreita é a porta, e apertado o caminho que
conduz à vida, e poucos são os que a encontram"
Mateus 7: 13,14
6
SUMÁRIO
RESUMO ................................................................................................................................... 7
ABSTRACT .............................................................................................................................. 8
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 9
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................... 10
3 MATERIAL E MÉTODOS .................................................................................................... 18
3.1 Matéria-prima ...................................................................................................................... 18
3.2 Etapas do processo de produção das placas ......................................................................... 20
3.3 Propriedades físico-mecânicas das placas ........................................................................... 23
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................................ 27
5 CONCLUSÕES ...................................................................................................................... 44
REFERÊNCIAS ........................................................................................................................ 45
7
RESUMO
Fabricação e qualificação de placas compostas de serragem e plástico reciclável
A utilização de polímeros ligno-celulósicos combinados com polímeros artificiais na
forma de materiais compostos é fruto do desenvolvimento de uma linha de pesquisa que tinha
como objetivo inicial a utilização dos primeiros como enchimento de uma matriz termofixa ou
termoplástica aglutinante. Com o advento da necessidade do reaproveitamento de resíduos de
processos industriais, as pesquisas e a utilização de resíduos fibrosos e partículas de madeira
cresceram em importância e passaram a contribuir ainda mais decisivamente no desenvolvimento
de novas técnicas, processos, equipamentos e insumos que possibilitam ampla gama de
aplicações dos produtos obtidos. O presente trabalho objetivou a fabricação de placas compostas
de serragem de duas espécies amplamente utilizadas em serrarias combinada com polietileno de
baixa densidade reciclável (PEBD). Serragem e farinha de madeira de Pinus elliottii e Eucalyptus
grandis, provenientes de lenho e de casca, foram separadas, beneficiadas e misturadas com
partículas de PEBD também classificadas por tamanho, na proporção de 40% de madeira e 60%
de plástico. A mistura foi prensada a 150
o
C por 30 minutos à pressão de 3 MPa. Foram
fabricadas 44 placas de 6 mm de espessura nominal e 40 x 50 cm de lados, em 4 repetições de 11
tratamentos. Foram produzidos corpos-de-prova de todas as placas para os ensaios físico-
mecânicos segundo a norma ASTM D-1037, determinando-se a massa específica, o teor de
umidade, a variação da massa e da espessura ocorridas em 2 e 24 horas de imersão em água, o
módulo de elasticidade e o módulo de ruptura na flexão estática, a resistência à compressão e a
força máxima de arrancamento de prego e de parafuso de fenda. O lenho de Pinus de
granulometria fina combinado com PEBD fino apresentou as melhores propriedades físico-
mecânicas. Os tratamentos com lenho de Eucalyptus obtiveram o melhor desempenho geral e
naqueles em que se utilizou a casca de Pinus os resultados não foram satisfatórios. Dentre os
tratamentos que utilizaram cascas, a de Eucalyptus de granulometria grossa foi superior. O lenho
de Pinus, principalmente em granulometrias mais finas e homogêneas revelaram-se promissores
na utilização externa e as placas obtidas de casca de Pinus revelaram um grande potencial de
utilização em usos internos não estruturais, como material alternativo.
Palavras-chave: Composto madeira-plástico, resíduos de madeira, propriedades físico-mecânicas,
serragem, plástico reciclável; polietileno, PEBD
8
ABSTRACT
Manufacture and qualification of sawdust and recyclable plastic based panel
Using ligno-celullose polymers combined with artificial polymers in form of composite
material is result of a developing research line which had as initial objective the use of the firsts
as just filling material in an agglutinant thermoplastic matrix. Due to the necessity of reusing
industrial processing residues, the research and utilization of fiber and woody particles had grown
in importance and started to contribute on the development of new techniques, processes,
equipment and materials that make possible creating a huge variety of products and applications.
The present work had the objective of manufacturing composite boards using sawdust from two
different species widely used in sawmill combined with recyclable low density polyethylene.
Pinus elliotii and Eucalyptus grandis sawdust and wood flour, produced from lumber and bark
had been separated, treated and mixed with PEBD particles also classified by size, in the
proportion of 40% wood and 60% plastic. The mixture was pressed at 150 °C during 30 minutes
under 3 MPa pressure. It were manufactured 44 boards 6 mm nominal thickness and 40 x 50 cm
sides in 4 replications of 11 treatments. Samples were obtained from all boards for physic-
mechanical tests according to ASTM D – 1037 standard, determining specific gravity, moisture
content, mass and thickness variation occurred in 2 and 24 hours in water, modulus of elasticity
and modulus of rupture in the static bending, compression strength and the withdrawal load of
nail and screw. The Pinus wood of thin granulosity combined with thin LDPE had presented
better physic-mechanical properties. The treatments in which was used Eucalyptus wood had
shown better general performance and those in which was utilized Pinus bark had not presented
satisfactory performance. Amongst the treatments in which bark was used, the Eucalyptus of
thick granulosity had showed better performance. Boards made of Pinus wood specially in
thinner and homogeneous granulosities seems to be excellent for exterior application and those in
which was used Pinus bark had shown great potential as an alternative material for non structural
purposes for interior applications.
Key words: Wood-plastic composite; Woody residues; Physic-mechanical properties; Sawdust;
Recyclable plastic; Polyethylene; LDPE
9
1 INTRODUÇÃO
A importância das fibras vegetais para uso construtivo sempre acompanhou a espécie
humana. Nas primeiras habitações construídas foram utilizados materiais de origem vegetal
(JOHNSON, 1996), mas devido às características intrínsecas desses materiais, sempre houve uma
preocupação permanente: a necessidade de uma constante manutenção do material empregado
devido à rápida deterioração por parte dos agentes naturais físicos ou biológicos.
Vários trabalhos foram realizados para se testar diferentes materiais com a finalidade de
se aumentar à durabilidade das peças empregadas externamente, sujeitas ao efeito da água, do
vento, dos raios solares e de organismos decompositores (WEDDING, 1956). Além disso, novas
espécies de alta resistência às intempéries foram sendo descobertas e exploradas intensamente
dependendo da cultura local (SOUZA, 1998). A madeira, fibras de palmeiras ou cipós, entre
outras, eram utilizadas intensivamente em coberturas, pisos e paredes de construções, bem como
na construção de outros equipamentos (SAVASTANO JUNIOR e DEVITO, 2000).
Com o surgimento dos produtos engenheirados provocado pelo desenvolvimento da
indústria madeireira, surgiram inúmeras possibilidades de utilização de produtos para construção
obtidos de madeira. Isso ocorreu principalmente nos países de temperatura mais amena, onde o
uso de construções em madeira possui maior tradição (KLUBER, 1980).
Apesar do sucesso em se aplicar materiais celulósicos em processos termoplásticos ter
sido comprovado em trabalhos científicos, existe no Brasil falta de informações técnicas sobre
materiais e processos, quanto ao fornecimento de matéria-prima certificada, equipamentos
adequados e questões mercadológicas; ocasionando um desinteresse por parte dos fabricantes de
termoplásticos em empregar a nova tecnologia (CORREA et al, 2003).
O presente trabalho consistiu em se produzir material construtivo que resista
razoavelmente bem à aplicação como telha; para isso foram feitos painéis engenheirados através
de moldagem por compressão, a partir de resíduos de madeira e plástico.
10
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Existem no Brasil inúmeros trabalhos relativos à aplicação de madeira em estruturas de
coberturas (IPT, 1988; Barros Júnior, 1992; Pinheiro e Lahr, 1998), mas quanto ao uso da
madeira propriamente dita como cobertura existe uma grande lacuna.
Quanto ao uso de madeira engenheirada, existem estudos com o fibrocimento vegetal, ou
compósitos de madeira e cimento; em substituição ao amianto das atuais telhas de cimento-
amianto, que atualmente possuem restrições legais devido aos problemas de insalubridade
causados aos operários (Savastano Júnior, 2002).
Nakamura e Calixto (1989) realizaram um estudo de padronização de telhas de madeira
utilizadas em habitações populares no estado do Acre. Nesse estudo também foi avaliado o
desempenho da cobertura quanto ao conforto térmico, peso, durabilidade e custo, comparando-se
com telhas de fibrocimento e barro. A telha de madeira se mostrou mais leve, mais barata e
ofereceu um maior conforto térmico.
Sobre a durabilidade natural, Cuevas D. (1988) elaborou algumas recomendações gerais
para o uso de madeiras em construções, bem como das suas restrições. No entanto, Lopes (1993)
considerou diversos materiais construtivos, inclusive a madeira, na cidade de Belém.
O telhado é o elemento mais complexo na construção de uma casa, por exigir mão-de-
obra experiente, segurança e durabilidade.
Entre as características desejáveis de uma boa telha, de maneira geral estão: poder ser
industrializado, ou seja, as telhas podem fazer parte de um processo produtivo em série; poder ser
padronizado, isso significa que haverá uma garantia de qualidade do material produzido; poder
ser comercializado (atender as necessidades do consumidor), ou seja, ter valor como produto e
ser viável comercialmente; ser compatível com as técnicas construtivas, e apresentar um custo
aceitável em relação a outros métodos de construção (Crowley et al, 1993).
A água na madeira degrada a lignina hidrofóbica e, além disso, reduz o efeito de
repelência dos extrativos. A celulose fica mais abundante na superfície, atraindo os organismos
deterioradores (Kalnins e Feist, 1993).
Em se tratando de painéis, a resistência à água é definida através de normas, com termos
semelhantes para diferentes graus de integridade (interior e exterior). Para compensados
utilizados na construção, a norma ASTM subdivide a durabilidade em 3 níveis, sendo que o nível
11
3 é do tipo "exterior type". Para "hardboard", a norma é a ASTM D 1554 – Medium Density
Hardboard (Kubler, 1980).
Em relação ao ataque de organismos deterioradores, a durabilidade da madeira depende
principalmente de suas dimensões, pois os invasores precisam de tempo para penetrar. Em alguns
casos a deficiência de oxigênio retarda a penetração. As principais degradações são devidas aos
fungos e condições climáticas, seguidas por insetos e, por último, organismos marinhos. A
durabilidade é definida pelos tecnólogos e construtores como a integridade física aliada à
resistência (Kubler, 1980).
Nas espécies que possuem resina em quantidades significativas, a presença desta dificulta
a penetração de organismos funcionando como barreira física; além de retardar a penetração da
água (Kubler, 1980).
A casca é muito mais complexa estruturalmente do que a madeira, no entanto, podem ser
aplicados tratamentos que conferem à chapa de casca "barkboard" propriedades semelhantes às
da chapa de fibra "fiberboard"; um dos tratamentos é a polimerização, que oferece boa resistência
mecânica e durabilidade à água. Essa característica é obtida aquecendo-se a chapa entre 250 e
300
o
C por aproximadamente 5 min apresentando pequena degradação. Obtém-se um material 4 a
5 vezes mais resistente que a chapa de partículas (13 Kgf/cm2), com módulo de ruptura em 120
Kgf/cm
2
. Quanto à durabilidade, a chapa de casca polimerizada é similar à da chapa de casca
tratada, com 4 a 5% de resina fenólica ou 5 a 7% de uréia (Chow et al, 1976). Abaixo de 180
o
C, a
transformação é mais física do que química, e acima de 180
o
C ocorre à desidratação,
despolimerização e formação de levoglucosana na casca. Pode-se tratá-la também aplicando
ozônio com a chapa úmida, ou ainda oxidada. Entretanto, esses dois tratamentos provocam perda
de resistência e estabilidade dimensional. Como alternativa pode-se utilizar a "plastificação"
("plasticizing") ou aplicação de amônia anidra (NH3).
A casca possui comprovadamente maior teor de extrativos do que a madeira, além de
fração holocelulose superior. Uma outra característica que a difere da madeira comercial é o teor
de celulose e hemicelulose muito menor (Chow et al, 1976). Essas composições já indicam a
maior resistência ao ataque de organismos de maneira geral e a durabilidade de algumas espécies
em relação ao intemperismo. Uma outra característica da casca é a grande fração de polímeros
fenólicos (flavonóides e lignina). A semelhança entre os flavonóides e os fenóis possibilita a
utilização da casca em adesivos do tipo fenol-formaldeídeo no caso dos compensados.
12
Wiedman (2002) pesquisou o uso de fibra de coco misturada a resinas de origem vegetal
para uso em construções. Essa mistura se revelou excelente na substituição de materiais como
aglomerados e compensados de madeira. Kluber (1980) destaca que o uso de compensados como
material construtivo depende essencialmente da escolha do adesivo mais adequado para a
construção do painel.
A substituição da madeira convencional por compósitos termoplásticos, utilizando
resíduos de fibras celulósicas ou farinha de madeira (WWF - Wood Waste Flour) como carga e
reforço, se revelaram, nos Estados Unidos e Comunidade Econômica Européia ser uma
alternativa viável ao reaproveitamento desses resíduos. Entre as vantagens, estão: a resistência à
umidade e deterioração ambiental (maior durabilidade), resistência fungos e insetos,
possibilidade de obtenção de inúmeros perfis, melhor estabilidade dimensional e boa resistência
ao empenamento e trincas se comparado à madeira maciça; menor custo de manutenção, bom
aspecto estético, dispensando tratamento superficial, além da possibilidade do reaproveitamento.
O uso de resíduos de madeira no Brasil pode ser relacionado a inúmeras aplicações (ZANIN et al,
2002). Nos EUA e CEE, restrições quanto à queima de resíduos lignocelulósicos e a escassez de
madeira também influenciaram no desenvolvimento de pesquisas sobre o uso em painéis.
Entre as aplicações dos "Wood-plastic Composites - WPC" ou Compósitos madeira-
plástico, pode-se citar o uso em perfis para a construção civil, e em componentes
automobilísticos; entre as características dos WPC, pode-se citar sua leveza, versatilidade e baixo
custo quando comparados com a madeira ou outros compósitos poliméricos reforçados com
cargas minerais.
Houve um crescimento vertiginoso de mercado de WPC na última década de 90 no
segmento de construção civil; e a aplicação desses compósitos em peças para uso em residências
cresceu 15% ao ano nesse período, o que foi verificado pelo aumento na demanda de matérias-
primas e patentes depositadas na América do Norte (ZANIN et al, 2002).
Os painéis compósitos foram produzidos para imitar e substituir a madeira sólida em
diferentes aplicações; o formato da madeira podia ser em fibras, partículas, cavacos ou serragem
que eram agregados com resinas termicamente moldadas (termoestáveis ou termofixas).
Recentemente, a nova classe de materiais composta por madeira e resinas termoplásticas está
apresentando um elevado crescimento comercial. Na década de 90, a produção desses materiais
aumentou em 300% e, atualmente um crescimento anual médio de 60% atualmente. Na produção
13
de painéis para "deck", foram iniciadas dez novas linhas de produção no ano 2000, sendo que a
cada ano desde 1996 a produção vinha dobrando. O item que mais contribui para o custo são as
resinas (plásticos ou matriz).
Compósitos de madeira sempre dominaram o mercado de produtos construtivos
estruturais e não-estruturais; com os avanços na produção florestal a tecnologia deve avançar em
amplitude e profundidade.
A introdução comercial dos WPC foi direcionada para aplicações duráveis
tradicionalmente onde eram empregadas tecnologias sintéticas; os compósitos usam combinações
de materiais para controlar as propriedades e o processamento de ambos os produtos. A extrusão
e a moldagem por injeção maximizam o desempenho e minimizam o consumo de material. Em
aplicações na construção civil, essa tecnologia foi utilizada primeiramente em portas, janelas e
embarcações, onde a durabilidade ou resistência à umidade são requisitos principais. Muitas das
peças são obtidas em complexos moldes estruturais para facilitar o desempenho mecânico,
minimizando o consumo de material. Para a viabilidade econômica desses moldes é necessária a
estabilidade térmica na fabricação e quantidades de madeira superiores a 50 por cento
(WOLCOTT & ENGLUND, 1999).
Na construção civil, as principais aplicações dos WPC são em perfis para pisos e
assoalhos, batentes de janelas e portas e revestimentos, feitos a partir de resíduo de madeira
extrusado com Polietileno (PE), Polipropileno (PP) e Cloreto de Polivinil (PVC).
O termo WPC significa qualquer compósito que contenha madeira, em qualquer formato,
como componente ligno-celulósico (polímero natural), e polímero artificial termoplástico ou
termofixo. Os termofixos podem ser as resinas epóxi, fenólicas e os termoplásticos usualmente
usados são do grupo das poliolefinas. O WPC pode ser termoformado usando moldagem por
pressão de produtos laminares, extrusão ou moldagem por injeção. A capacidade de termo-
formação facilita a capacidade de reciclagem do produto. Um composto termofixo comercial
feito a partir do fenol-formaldeídeo e farinha de madeira é o produto conhecido como Bakelite.
Uma das primeiras companhias norte-americanas a produzir WPC a partir de termoplásticos foi
uma empresa fabricante de janelas, que possuía experiência tanto com madeira quanto com
plásticos. A indústria do plástico tem usado tradicionalmente talco, carbonato de cálcio, mica e
fibra de vidro ou carbono para modificar o desempenho do material. Cerca de 2,5 bilhões de kg
desses enchimentos são usados anualmente nos EUA (CLEMONS, 2002).
14
Para a seleção do método apropriado de se produzir compósitos ou peças híbridas, os
elementos chave são: a seleção da matéria-prima, a(s) tecnologia(s) de processamento, o design e
o mercado (oferta e procura).
A distribuição da madeira por todo o termoplástico fundido é a etapa mais importante do
processo, que influencia a qualidade do produto final; a temperatura de processamento, tipo de
enchimento "filler" e porcentagem, tempo de mistura, e velocidade de rotação, são parâmetros
importantes que definem o resultado final. A farinha de madeira (WWF) é mais fácil de ser
dispersa em uma matriz polimérica, mas fibras e partículas maiores requerem tempo de
residência maior e uma maior intensidade de mistura; extrusoras de rosca-dupla permitem a
mistura simultânea, com extrusão seguida de moldagem por injeção normalmente usadas em
conjunto para misturas secas. Misturadores de corte intensivos podem auxiliar no pré-
processamento tanto na extrusão quanto na injeção.
Os recentes avanços em WPC extrusados abriram na América do Norte oportunidades
para que pequenas empresas participassem em investimentos nessa atividade, agregando valor à
madeira. No período de 1996 a 2000, mais de 75% das novas iniciativas na área foram de
serrarias de tamanho médio conduzidas por famílias e limitadas por materiais residuais. O
produto surgiu como uma tecnologia viável, possibilitando diferentes escalas de investimento e
atingindo mercados de alto valor. Os resíduos para esses produtos são derivados de serragem e
maravalhas, e a progressividade dessa tecnologia permite uma boa aplicabilidade para a indústria
de produtos florestais (CLEMONS, 2002).
Para a fabricação dos perfis deve haver um controle rígido da umidade, que deve ser o
mais baixa possível, e da granulometria durante o processamento para evitarem-se os defeitos
tipo bolhas ou manchas superficiais causadas por processos termo-oxidativos (STARK &
SCHENEIDER, 1996; MASSON, 1998).
Portanto, o principal requisito no processamento do resíduo de madeira é a pré-secagem, e
durante o processo devem ocorrer à remoção da umidade residual em zonas de degasagem. A
temperatura de degradação da celulose, situada entre 200 e 220
o
C é um fator limitante do
processo, exceto quando o tempo de residência é reduzido; acima dessa temperatura ocorre à
liberação de compostos voláteis, descoloração, aparecimento de odor e fragilização do
compósito, o que restringe a aplicação de poliolefinas, plásticos estirênicos e PVC. O
desempenho é fortemente dependente do processo de manufatura. Para a preparação do
15
concentrado ou "masterbatches", usa-se um misturador intensivo do tipo K-mixer para a
produção em bateladas, ou então uma extrusora que pode ser de dupla-rosca, por exemplo, para a
produção contínua; em ambos os casos, o WPC obtido pode ser granulado e processado em uma
extrusora de rosca única para a obtenção de perfis e chapas.
O processo de fabricação pode ser de quatro tipos:
Madeira pré-seca, mistura pré-homogeneizada - "pre-dry; pre-mix": Pré-secagem da fibra
de madeira a menos de 1%; alimentação em extrusora de rosca dupla contra rotacional,
juntamente com o polímero em pó; mistura polímero-madeira-aditivos preparada em
misturadores intensivos do tipo Henschel (K-mixer).
Madeira pré-seca, alimentação do polímero independente da madeira - "pre-dry; split
feed": Pré-secagem e alimentação lateral da fibra com o polímero fundido em extrusoras de
rosca-dupla de grande capacidade; melhor controle do tempo de residência da carga celulósica
em zonas de mistura distributiva e boa degaseificação da umidade residual.
Madeira não-seca, polímero fundido - "wood first; melt feed": Inserção da madeira úmida
com alimentação do polímero fundido; utilização de duas extrusoras simultaneamente, uma
primária para a secagem da farinha e uma secundária para a plastificação dos polímeros e
aditivos.
Madeira não-seca, polímero em separado – "wood first; split feed": Inserção da farinha de
madeira ainda úmida na zona de alimentação, com o polímero sendo introduzido posteriormente
em separado no equipamento.
O aumento da temperatura diminui a viscosidade do polímero, facilitando a combinação
dos polímeros, mas a decomposição térmica de lignocelulósicos pode tornar-se significativa na
faixa de processamento do polipropileno (180~200
o
C), porém a efetividade da ligação pode ser
obtida em temperaturas intermediárias.
A dispersão do enchimento na matriz termoplástica pode depender da duração e
velocidade de mistura (tempo de residência); entretanto, o tempo ótimo e a taxa de rotação do
fuso na mistura são controlados pelo tipo de polímero, propriedades do enchimento, e
equipamento misturador. As propriedades da mistura tais como viscosidade, elasticidade quando
fundido e comprimento das fibras são todos influenciados pelos processos de misturação
utilizados.
16
Compósitos termoplásticos de madeira comerciais já estão sendo produzidos com 60 a
70% de madeira e a extrusão de materiais não-duráveis é possível com mais de 80% de madeira.
A maneira mais comum de se fabricar peças de compósitos termoplásticos é a moldagem por
injeção ou "injection molding (IM)".
Entre os plásticos utilizados em produtos comerciais nos Estados Unidos da América, o
polietileno de alta densidade, o polietileno de baixa densidade, o cloreto de polivinil e o
polipropileno se destacam, tanto na forma virgem como na forma reciclada e também em ambas
as formas combinadas (WINANDY et al, 2004).
Em relação às propriedades mecânicas, a rigidez dos compósitos feitos utilizando-se a
farinha de madeira é inferior à da madeira serrada; no entanto, comparando-se compósitos feitos
com a madeira nessa forma, com compósitos não modificados, obtém-se uma melhor rigidez com
maior temperatura de uso e baixo peso específico (CORREA et al, 2003).
Yamaji e Bonduelle (2004), utilizando resíduos sem tratamento prévio, não conseguiram
produzir formulações superiores a 20% em massa de madeira. Notaram também a liberação de
gases e de um odor característico.
Para compósitos que utilizam resina termofixa, a moldagem por compressão é
provavelmente o melhor método devido ao fato da mistura possuir fluidez muito baixa mesmo
em temperaturas elevadas (HSU, 1988).
O uso de farinha ou fibra de madeira como carga em termoplásticos é conhecido desde a
década de 70 pela indústria automobilística, que utiliza a farinha com o polipropileno para
fabricar um produto conhecido comercialmente como "Woodstock". Na década de 90, trabalhos
acadêmicos relatando o uso de resíduos de papel e madeira em termoplásticos gerou inúmeras
patentes por parte de empresas dos setores de construção civil e de automóveis (ECKERT, 2000),
(STARK; SCHENEIDER, 1996), (FROLLINI; LEÃO; MATTOSO, 2000).
Segundo Clemons (2002), na América do Norte 50% dos compósitos plástico-madeira
disponíveis consistiam de decks, 22% eram portas e janelas, 14% consistiam em equipamentos
automotivos, 3% pallets, 3% telhas e 8% outros.
17
3 MATERIAL E MÉTODOS
A metodologia consistiu basicamente na obtenção e beneficiamento das matérias-primas,
fabricação das placas, e avaliação tecnológica do produto obtido.
3.1 Matéria-prima
A matéria-prima, tanto ligno-celulósica quanto termoplástica, foi proveniente de resíduos
do processamento mecânico da madeira e de plásticos usados e coletados para reciclagem.
3.1.1 Serragem de Eucalyptus grandis
A serragem de Eucalyptus grandis da casca e do lenho foi obtida separadamente para cada
caso, peneirada, classificada e armazenada para posterior fabricação das placas.
3.1.1.1 Do lenho
O material lenhoso de eucalipto utilizado foi obtido na serraria da Escola Superior de
Agricultura “Luiz de Queiroz” da Universidade de São Paulo – ESALQ/USP; foram tomadas 6
pranchas de 5 x 20 x 250 cm, da espécie Eucalyptus grandis de 10 anos de idade que estavam
disponíveis para o aproveitamento.
As pranchas foram serradas através de cortes longitudinais sucessivos, na espessura e na
largura, em uma serra circular simples, até serem praticamente convertidas em serragem. A
máquina foi previamente limpa com ar comprimido, para evitar a mistura do material com outros
tipos de resíduos. O resíduo foi então coletado, sendo acondicionado em saco plástico e
armazenado no Laboratório Máquinas e Engenharia da Madeira – LEM. Na etapa seguinte a
serragem foi peneirada em peneira comum, com 2 furos por cm
2
para a retirada do material mais
grosseiro. O material obtido do peneiramento, descartando-se aquele que ficou retido na peneira,
foi devidamente identificado como serragem de lenho de eucalipto. Uma outra parte do material
foi peneirada em peneira com 16 furos por cm
2
e identificado como serragem fina.
3.1.1.2 Da casca
A casca de eucalipto utilizada foi também de Eucalyptus grandis, retirada de toras
oriundas de árvores de 32 anos de idade.
As cascas de eucalipto também foram processadas em serra circular, sendo que o corte foi
feito perpendicularmente à direção das fibras e a serragem obtida foi acondicionada em saco
plástico e armazenada no LEM, de forma protegida da umidade. O material foi então peneirado
em peneira fina (16 furos/cm
2
) e peneira grossa (2 furos/cm
2
), dando origem a dois tipos distintos
18
de material: o primeiro foi denominado de resíduo fino de casca, e o outro foi identificado como
serragem de casca. O resíduo mais grosseiro retido na peneira foi descartado.
3.1.2 Serragem de Pinus elliottii
A serragem de Pinus elliottii, foi preparada de maneira similar à do eucalipto, com
algumas diferenças apresentadas a seguir.
3.1.2.1 Do lenho
A madeira de pinus empregada estava disponível na serraria da ESALQ, estocada para
experimento de construção de vigas de madeira laminada pregada. Foram tomadas 10 tábuas de
aproximadamente 2 x 10 x 250 cm, que continham porções de casca e por isso eram consideradas
peças de descarte.
A obtenção da serragem de Pinus elliottii, foi feita de forma similar àquela do eucalipto,
tendo-se entretanto o cuidado de retirar toda a casca presente nas tábuas. A serragem obtida,
acondicionada em saco plástico e armazenada para depois ser peneirada em peneira fina e em
peneira grossa para obterem-se os dois tipos de serragem, grossa e fina.
3.1.2.2 Da casca
A casca de pinus utilizada foi retirada de 100 tábuas do tipo costaneiras, de um lote de
Pinus elliottii.
As cascas foram retiradas das tábuas com o auxílio de uma espátula, trituradas em um
triturador de resíduos orgânicos e moídas em moinho de facas. O material obtido foi peneirado e
armazenado como serragem de casca e resíduo fino de casca.
3.1.3 Resíduo plástico
O resíduo plástico foi o polietileno de baixa densidade (PEBD), na forma de aglutinado
adquirido de uma empresa especializada na reciclagem de plástico, mediante a troca de aparas
recicláveis de PEBD, polipropileno – PP, poliestireno – PS, garrafas plásticas obtidas do projeto
USP - Recicla.
O PEBD aglutinado foi ensacado logo após a picagem/moagem na empresa e
homogeneizado. Em seguida o material foi peneirado com a peneira de 2 furos/cm
2
; sendo que a
porção mais grosseira que ficou retida foi armazenada. A porção que passou através da peneira
foi identificada como aglutinado + pó de plástico, e em seguida foi armazenada. Uma parcela
desse material foi passada na peneira mais fina, de 16 furos/cm
2
, tendo como produto as
partículas mais finas, que foram identificadas como farinha de plástico.
19
3.2 Etapas do processo de produção das placas
A produção das placas basicamente consistiu da secagem da serragem, pesagem da
serragem e do PEBD, mistura e homogeneização, pré-acomodação no molde e prensagem a
quente.
Para a preparação do colchão, a serragem foi seca em estufa à temperatura de 70
o
C.
Foram utilizadas 4 bandejas de alumínio, uma para cada repetição, onde foram depositados cerca
de 600g do resíduo previamente peneirado. Após 1 dia em estufa, pesou-se 480 g de cada bandeja
misturando-se em seguida com 720 g do PEBD. Ambos os materiais foram depositados no
interior de um saco plástico sendo que a temperatura medida na mistura foi de cerca de 30
o
C. O
conteúdo foi então homogeneizado manualmente. Imediatamente após a homogeneização, essa
mistura foi depositada sobre uma lâmina de aço com 1 mm de espessura e sobre uma camada de
papel filme de celofane no interior de um gabarito de madeira com as dimensões de 40 x 50 cm,
mostrado na figura 1. A transferência do material do saco para o molde foi feita bem lentamente
para se evitar que o material mais fino se deslocasse para o fundo do colchão. Em seguida
corrigiu-se a superfície, espalhando-se as partículas de modo a conferir uma espessura uniforme
do mesmo.
3.2.1 Pré-prensagem
O passo seguinte foi efetuar uma pré-prensagem manual com o auxílio de um painel de
compensado (ver figura 1). O gabarito foi então retirado e colocou-se cuidadosamente sobre o
colchão uma camada de papel filme e outra lâmina de aço de 1 mm. Esse procedimento foi feito
novamente para outra mistura, de modo a se obter 2 colchões para serem prensados, de forma
otimizada, num mesmo ciclo de prensagem. Essa montagem pode ser observada na Figura 2.
20
Figura 1 – Molde de madeira idealizado para pré-prensagem da mistura de serragem e plástico
Figura 2 – Colchão preparado para prensagem
Simultaneamente, a prensa do Laboratório foi aquecida até à temperatura de 150
o
C, sendo
necessárias cerca de 3 horas para que seus pratos atingissem essa temperatura. Em seguida os
dois colchões foram colocados lado a lado, mantendo-se entre eles um espaçamento de
aproximadamente 5 cm.
Para se evitar o empenamento dos pratos da prensa, foram colocados calços feitos com
lâminas de madeira sendo, 1 calço de 1 x 5 x 126 cm em cada lado dos pratos da prensa que
21
possui as dimensões de 96 x 126 cm. A colocação dos calços foi feita também para se garantir a
espessura desejada da placa.
3.2.2 Prensagem
Os colchões foram prensados e mantidos à temperatura de 150
o
C, por 30 minutos a 3
MPa.
O tempo de prensagem foi definido após testes preliminares com colchões de lenho e
casca de eucalipto de granulometria fina, média, e grossa; misturados com PEBD picado (saco de
fertilizante), na proporção de 60% de plástico para 40% de madeira e diferentes massas de
mistura. A temperatura foi definida em função da temperatura de fusão do polietileno e após
testes preliminares de prensagem.
3.2.4 Produto final
Foram obtidas 44 chapas distribuídas em 11 tratamentos, sendo 4 repetições em cada um.
exemplo de placa obtida é mostrado na figura 3.
Figura 3 - Placa composta e serragem de casca de E. grandis e plástico reciclável
22
Os 11 tratamentos adotados para o presente estudo foram definidos em função da
disponibilidade de matéria prima e estão detalhados no quadro 1:
Tratamento
Sigla
Origem da
partícula de
madeira
(granulometria)
Resíduo plástico
(granulometria)
1 LPFF Lenho pinus
(fina)
PEBD
(fina)
2 LPFG Lenho pinus
(fina)
PEBD
(grossa)
3 LPGG Lenho pinus
(grossa)
PEBD
(grossa)
4 CPFF Casca pinus
(fina)
PEBD
(fina)
5 CPGF Casca pinus
(grossa)
PEBD
(fina)
6 CPGG Casca pinus
(grossa)
PEBD
(grossa)
7 LEFG Lenho eucalipto
(fina)
PEBD
(grossa)
8 LEGG Lenho eucalipto
(grossa)
PEBD
(grossa)
9 LEGM Lenho eucalipto
(grossa)
PEBD
(fina+grossa)
10 CEFF Casca eucalipto
(fina)
PEBD
(fina)
11 CEGG Casca eucalipto
(grossa)
PEBD
(grossa)
Quadro 1 - Tratamentos utilizados para produção de chapa composta de serragem e plástico reciclável
23
3.3 Propriedades físico-mecânicas das placas
Para a realização dos ensaios físico-mecânicos, utilizou-se a norma ASTM D-1037. As
chapas produzidas foram cortadas segundo o esquema mostrado na figura 5.
Figura 5 - Esquema de corte dos corpos de prova
3.3.1 Densidade básica da partícula
As densidades da casca de eucalipto e de pinus foram determinadas experimentalmente
segundo a norma ABNT NBR 11941, utilizando-se o método do máximo teor de umidade para
cavacos. As cascas de pinus e de eucalipto foram retiradas do mesmo lote de onde foram retiradas
as unidades que foram transformadas em serragem utilizadas para a confecção das placas. Foram
feitos cavacos dessas cascas e em seguida esses cavacos foram saturados em água sendo que no
caso do pinus foi necessária a utilização de vácuo seguido de pressão em uma autoclave. Após a
saturação em água os cavacos foram colocados em bandejas (de peso conhecido) e as mesmas
foram pesadas e colocadas na estufa para secagem dos cavacos à temperatura de 105±2
o
C. Foram
feitas 3 repetições para cada espécie. Após 24 horas em estufa as bandejas foram sendo pesadas
24
até verificar-se a estabilização da massa, que foi novamente tomada e denominada de massa seca.
A densidade básica da partícula foi calculada pela equação 1.
346,0)
2
1
(
1
−
=
m
m
Db
(1)
Onde: Db = densidade básica, em g/cm
3
;
m
1
= massa úmida da amostra, em g;
m
2
= massa seca em estufa a 105±2
o
C, em g.
3.3.2 Ensaio de absorção de água e inchamento em espessura
Para os ensaios de absorção de água e inchamento foram obtidos dois corpos de prova por
chapa e em cada um deles marcaram-se quatro pontos sendo 1 na metade de cada lado e a 1
polegada de distância da respectiva aresta da peça, medida perpendicularmente a essa aresta.
Os corpos-de-prova foram imersos em água e após 2 horas de imersão foram tomadas
novas medidas de espessura nos mesmos pontos das medidas anteriores e feita uma nova
pesagem. As amostras foram novamente imersas por mais 22 horas e ao final desse período de
imersão que representa o tempo total de 24 horas repetiram-se as medições de espessuras e pesos.
3.3.3 Umidade de equilíbrio ao ambiente
Para a determinação da umidade, os corpos de prova utilizados no ensaio de absorção de
água e inchamento em espessura foram secos em estufa para obtenção das massas secas e a
umidade de cada amostra foi determinada de acordo com a norma ASTM D 1037.
3.3.4 Massa específica
A massa específica foi obtida pela razão entre a massa seca e o volume calculado de cada
corpo de prova, através da multiplicação dos dois lados pela espessura média dos 4 valores
obtidos no ensaio de inchamento.
3.3.5 Módulo de ruptura e módulo de elasticidade na flexão estática
No ensaio de flexão estática os corpos de prova foram cortados com 50 x 200 mm, sendo
4 corpos de prova por chapa. As peças foram identificadas e ensaiadas em máquina universal de
ensaios adotando-se o vão de 144 mm que foi calculado em função da espessura nominal. A
25
velocidade de aplicação da carga foi determinada de acordo com a espessura real da peça de tal
forma a produzir um deslocamento de 2,35 mm/min no ponto central da placa. Nesse ensaio
foram determinados o módulo de elasticidade (MOE) e o módulo de ruptura (MOR).
3.3.6 Tensão no limite de resistência à compressão
No ensaio de compressão foram utilizados corpos de prova laminados colados de 25x25
mm de seção transversal e 100mm de comprimento, compostos de 5 lâminas coladas entre si, de
acordo com a norma ASTM D-1037.
3.3.7 Resistência ao arrancamento de parafuso de fenda
O ensaio de arrancamento de parafuso de fenda também foi realizado de acordo com a
norma ASTM D-1037. Foram utilizados corpos-de-prova de 76 x 152 mm, sendo que para cada
ensaio foram unidas 4 peças (espessura nominal de 6 mm por peça) e parafuso número 10 (4,8 x
25,4 mm). Para cada tratamento foram feitas 4 repetições. Cada parafuso foi inserido em 2/3 de
seu comprimento (17mm) no cruzamento dos eixos de simetria da face do corpo de prova. Antes
da inserção do parafuso o corpo de prova foi furado com broca de 2,8 mm perpendicularmente à
face. A velocidade de tração foi de 1,5 mm/min.
3.3.8 Resistência ao arrancamento de prego
Foram utilizados pregos 16 X 18 (diâmetro de 2,8 mm) introduzidos 12 mm em relação à
face superior do corpo de prova e perpendicularmente a esta. A espessura atravessada pelo prego
foi de apenas 1 chapa, ou seja, 6mm. Foram tomadas 4 repetições por tratamento e a extração do
prego se deu à velocidade de 1,5 mm/min.
26
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
A seguir são apresentados e discutidos os resultados obtidos em cada um dos ensaios
realizados, utilizando-se dos dados, da experiência de trabalho na pesquisa e das análises
estatísticas realizadas.
No quadro 2 estão apresentados os resultados de densidade básica dos materiais ligno-
celulósicos empregados.
Quadro 2 – Densidade básica (g/cm
3
) de materiais ligno-celulósicos utilizados na fabricação de placa composta de
serragem e plástico reciclável.
A densidade das partículas de casca de Pinus ficou em torno de 0,32 e das partículas de
casca de Eucalyptus em 0,47 g/cm
3
. A densidade do Polietileno de baixa densidade foi
considerada como sendo de 0,91 g/ cm
3
.
No quadro 3 pode-se observar os dados obtidos nos ensaios de absorção de água e
inchamento em espessura.
Repetição
Casca
eucalipto
Casca
pinus
1 0,322 0,445
2 0,313 0,472
3 0,325 0,519
4 0,326 0,468
Média 0,322 0,476
27
Tratamento
% Absorção
2h
% Absorção
24h
% Inchamento
2h
% Inchamento
24h
Umidade
(%)
Massa
específica
(g/cm
3
)
LPFF 1,0 2,4 1,7 2,4 0,3 0,76
0,8 2,3 1,1 1,7 0,3 0,98
1,7 6,1 1,2 1,8 0,3 0,85
3,6 7,2 1,0 1,8 0,3 1,04
LPFG 6,5 15,3 6,1 7,7 1,5 1,04
9,6 18,8 2,5 6,4 2,2 0,95
10,5 22,4 3,6 8,3 2,9 1,12
5,4 13,5 4,3 5,2 1,3 1,07
LPGG 6,1 11,2 2,6 3,8 1,4 1,00
5,8 12,2 2,0 3,1 1,3 1,09
4,9 14,2 1,8 4,8 1,9 0,97
14,6 21,0 3,9 5,1 2,4 0,81
CPFF 5,0 10,2 4,2 6,0 1,5 0,73
6,9 14,8 0,3 0,1 2,5 0,83
8,3 14,5 1,2 3,8 1,3 1,00
6,4 13,7 1,6 1,9 1,5 0,65
CPGF 3,4 8,6 2,4 3,1 2,5 0,89
3,6 10,1 3,5 2,3 2,9 0,99
5,6 15,5 9,6 11,9 3,1 0,95
5,7 13,3 16,5 22,2 2,7 0,74
CPGG 8,1 21,5 5,9 10,4 4,3 0,61
7,6 20,0 1,7 5,9 4,1 0,62
6,5 16,5 3,8 10,6 3,0 0,91
3,9 13,4 2,8 5,6 2,9 0,67
LEFG 3,5 8,1 3,1 4,5 1,5 1,08
2,1 4,6 1,1 2,6 1,6 0,84
4,3 10,8 2,6 9,6 2,0 0,92
3,0 7,3 1,6 2,3 1,8 0,95
LEGG 3,0 6,7 3,8 5,5 1,6 0,86
3,6 6,4 1,8 3,1 1,6 0,94
3,5 8,3 3,2 5,9 1,5 0,77
2,7 6,1 5,6 7,8 1,2 0,98
LEGM 1,8 4,0 4,0 4,9 1,1 0,87
5,9 10,6 2,0 6,0 2,1 0,88
6,1 9,8 1,6 5,6 2,0 0,80
2,0 4,9 2,0 4,4 1,5 0,74
CEFF 4,5 15,8 1,9 11,9 1,6 1,04
7,2 16,1 2,2 4,5 1,0 1,00
4,4 8,5 2,3 4,2 1,5 0,94
6,0 10,3 2,5 3,9 3,0 0,86
CEGG 10,4 14,9 2,7 4,3 3,1 0,78
6,2 11,0 1,5 2,5 3,0 0,89
7,5 12,7 1,9 6,1 3,1 0,92
6,9 16,1 6,8 9,0 2,8 1,00
Quadro 3 - Resultados obtidos nos ensaios de absorção de água e inchamento em espessura
28
A tabela 1 resume a análise de variância efetuada para a massa específica das placas
produzidas em 11 tratamentos distintos. Observa-se que existe pelo menos uma diferença
significativa entre médias de tratamentos.
Tabela 1 - Análise de variância para a massa específica da chapa
C.V. g.l. S.Q. Q.M. F
tratamento 10 0,3 0,03 3 **
Resíduo 33 0,4 0,01
Total 43 0,7
Na figura 6 observam-se as médias dos tratamentos com seus respectivos erros padrão e
os resultados do teste de Tukey.
ab
0,90
ab
0,96
ab
0,82
ab
0,89
ab
0,95
ab
0,91
a
1,05
a
0,97
ab
0,80
ab
0,89
b
0,70
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
LPFF
L
PF
G
L
PGG
CPF
F
CPGF
CP
GG
LE
F
G
L
E
GG
L
EGM
CEFF
C
EGG
me [g/cm3]
LPFF: lenho de Pinus fino e PEBD fino, LPFG: lenho de Pinus fino e PEBD grosso, LPGG: lenho de Pinus grosso e PEBD grosso, CPFF: casca
de Pinus fina e PEBD fino, CPGF: casca de Pinus grossa e PEBD fino, CPGG: casca de Pinus grossa e PEBD grosso, LEFG: lenho de Eucalyptus
fino e PEBD grosso, LEGG: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD grosso, LEGM: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD misturado, CEFF: casca de
Eucalyptus fina e PEBD fino, CEGG: casca de Eucalyptus grossa e PEBD grosso
Figura 6 - Massa específica (me) das placas fabricadas com serragem e plástico reciclável
A média da massa específica para os 11 tratamentos testados ficou em torno de
0,895g/cm
3
. Na análise de variância o valor F foi altamente significativo e no teste de Tukey
foram observados dois grupos distintos sendo que os dois tratamentos com lenho de Pinus e
plástico de granulometria grossa se destacaram como os mais densos (Figura 6). A casca de Pinus
e o lenho de Eucalyptus não contribuíram para diminuir a massa específica na maioria dos
29
tratamentos testados. A chapa produzida com casca de Eucalyptus fina associada ao PEBD de
granulometria fina forneceu a terceira maior massa específica. Quando o mesmo material ligno-
celulósico foi combinado com o plástico de granulometria grossa o resultado foi
significativamente inferior.
A tabela 2 resume a análise de variância para a umidade de equilíbrio ao ambiente
determinada para os 11 tratamentos estudados.
Tabela 2 - Análise de variância para a umidade de equilíbrio ambiente da chapa
C.V. g.l. S.Q. Q.M. F
tratamento 10 31 3 12,3 **
resíduo 33 8 0,2
Total 43 39
A figura 7 exibe as médias, os resultados do teste de Tukey e os respectivos erros padrão
da média para os 11 tratamentos.
ab
3,0
cd
1,8
cde
1,7
de
1,5
cd
1,7
a
3,6
abc
2,8
cd
1,7
cd
1,8
bcd
2,0
e
0,3
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
LPFF
LPF
G
L
P
GG
CPF
F
CP
GF
CPGG
LEFG
L
E
GG
LEGM
CEF
F
C
EGG
UEA (%)
LPFF: lenho de Pinus fino e PEBD fino, LPFG: lenho de Pinus fino e PEBD grosso, LPGG: lenho de Pinus grosso e PEBD grosso, CPFF: casca
de Pinus fina e PEBD fino, CPGF: casca de Pinus grossa e PEBD fino, CPGG: casca de Pinus grossa e PEBD grosso, LEFG: lenho de Eucalyptus
fino e PEBD grosso, LEGG: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD grosso, LEGM: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD misturado, CEFF: casca de
Eucalyptus fina e PEBD fino, CEGG: casca de Eucalyptus grossa e PEBD grosso
Figura 7 - Teor de umidade de equilíbrio ao ambiente (UEA) das placas fabricadas com serragem e plástico
reciclável
30
O tratamento que apresentou o melhor desempenho foi o tratamento LPFF, que
apresentou apenas 0,3 % de umidade total. A maioria dos tratamentos apresentaram umidade em
torno de 1,74% e os tratamentos que contêm casca de granulometria grossa, das duas espécies
utilizadas apresentaram umidade em torno de 3%.
A tabela 3 resume a análise de variância para a variação da massa ocorrida após 2 horas
de imersão em água, calculada para os 11 tratamentos estudados.
Tabela 3 - Análise de variância para a variação de massa depois de imersão da placa em água
C.V. g.l. S.Q. Q.M. F
tratamento 10 186 19 4,4 **
resíduo 33 140 4
Total 43 326
A figura 8 exibe as médias, os resultados do teste de Tukey e os respectivos erros padrão
da média, para os 11 tratamentos estudados.
a
7,7
ab
5,5
ab
3,9
ab
3,2
ab
3,2
ab
6,5
ab
4,6
ab
6,7
a
7,8
a
8,0
b
1,8
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
LPFF
LPF
G
L
P
GG
C
PFF
C
PGF
C
PGG
LEFG
L
E
GG
LEGM
C
EFF
CEGG
VM2 (%)
LPFF: lenho de Pinus fino e PEBD fino, LPFG: lenho de Pinus fino e PEBD grosso, LPGG: lenho de Pinus grosso e PEBD grosso, CPFF: casca
de Pinus fina e PEBD fino, CPGF: casca de Pinus grossa e PEBD fino, CPGG: casca de Pinus grossa e PEBD grosso, LEFG: lenho de Eucalyptus
fino e PEBD grosso, LEGG: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD grosso, LEGM: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD misturado, CEFF: casca de
Eucalyptus fina e PEBD fino, CEGG: casca de Eucalyptus grossa e PEBD grosso
Figura 8 – Variação de massa (VM2) da placa ocorrida em 2 horas de imersão em água
31
Observou-se que para os tratamentos em que se empregou o lenho de Pinus, que a
granulometria mais fina do PEBD pode proporcionar uma menor absorção de umidade num curto
espaço de tempo. Isso se deve provavelmente a uma melhor combinação entre as partículas finas
dos dois materiais na conformação da placa, proporcionando um painel mais coeso sob o aspecto
físico. Os 3 tratamentos que empregaram o lenho de Eucalyptus também absorveram menores
quantidades de água se comparados às outras combinações.
A tabela 4 resume a análise de variância efetuada para a variação da massa sofrida pela
placa após 24 horas de imersão em água.
Tabela 4 - Análise de variância para a variação da massa da placa após 24 horas de imersão em água
C.V. g.l. S.Q. Q.M. F
tratamento 10 791 79 7,9 **
resíduo 33 322 10
total 43 1113
A figura 9 exibe o gráfico contendo as médias, os resultados do teste de Tukey, e os
respectivos erros padrão da média, para os 11 tratamentos estudados.
d
4,5
a
17,5
ab
14,6
abc
13,3
abcd
11,9
a
17,9
bcd
7,7
cd
6,9
bcd
7,3
abc
12,7
abc
13,7
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
LPFF
LPF
G
LPGG
CPFF
CPGF
C
PGG
LEF
G
LEGG
LEGM
CEFF
C
EGG
VM24 (%)
LPFF: lenho de Pinus fino e PEBD fino, LPFG: lenho de Pinus fino e PEBD grosso, LPGG: lenho de Pinus grosso e PEBD grosso, CPFF: casca
de Pinus fina e PEBD fino, CPGF: casca de Pinus grossa e PEBD fino, CPGG: casca de Pinus grossa e PEBD grosso, LEFG: lenho de Eucalyptus
fino e PEBD grosso, LEGG: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD grosso, LEGM: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD misturado, CEFF: casca de
Eucalyptus fina e PEBD fino, CEGG: casca de Eucalyptus grossa e PEBD grosso
Figura 9 - Variação de massa (VM24) sofrida pela placa em 24 horas de imersão em água
32
As placas fabricadas com lenho de Eucalyptus foram as que menos água absorveram no
período de 24 horas, no entanto, o melhor tratamento foi o que empregou o LPFF. Os outros dois
tratamentos com lenho de Pinus (LPFG e LPGG) apresentaram resultados insatisfatórios,
apresentando 17,5 e 14,65 % de aumento de massa após 24 horas de imersão em água.
A tabela 5 resume a análise de variância para a variação da espessura da placa ocorrida
após 2 horas de imersão em água.
Tabela 5 - Análise de variância para o inchamento da placa ocorrido em 2 horas de imersão em água
C.V. g.l. S.Q. Q.M. F
tratamento 10 133 13 2,4 *
resíduo 33 185 6
Total 43 318
A figura 10 exibe o gráfico contendo as médias, os resultados do teste de Tukey e os
respectivos erros padrão da média, para os 11 tratamentos estudados.
b
1,2
ab
4,1
ab
2,6
b
1,8
a
8,0
ab
3,5
b
2,1
ab
3,6
ab
2,4
ab
2,2
ab
3,2
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
LPFF
LPF
G
LPGG
CPFF
CPGF
C
PGG
LEF
G
LEGG
LEGM
CEFF
C
EGG
VE2 (%)
LPFF: lenho de Pinus fino e PEBD fino, LPFG: lenho de Pinus fino e PEBD grosso, LPGG: lenho de Pinus grosso e PEBD grosso, CPFF: casca
de Pinus fina e PEBD fino, CPGF: casca de Pinus grossa e PEBD fino, CPGG: casca de Pinus grossa e PEBD grosso, LEFG: lenho de Eucalyptus
fino e PEBD grosso, LEGG: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD grosso, LEGM: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD misturado, CEFF: casca de
Eucalyptus fina e PEBD fino, CEGG: casca de Eucalyptus grossa e PEBD grosso
Figura 10 - Variação da espessura (VE2) ocorrida na placa composta de serragem e plástico reciclável em 2 horas de
imersão em água
33
O tratamento LPFF foi o que apresentou o menor inchamento no período de 2 horas de
imersão em água, diferenciando-se novamente dos demais tratamentos. As demais combinações
ofereceram resultados variáveis, podendo-se destacar a estabilidade dimensional da casca de
Pinus fina associada ao PEBD fino, que comparada aos outros dois tratamentos similares ficou
em um patamar muito baixo, o que é desejável neste caso.
A tabela 6 resume a análise de variância para a determinação da variação da espessura
ocorrida em 24 horas de imersão em água, realizada para os 11 tratamentos estudados.
Tabela 6 - Análise de variância para o inchamento ocorrido em 24h de imersão da placa em água
C.V. g.l. S.Q. Q.M. F
tratamento 10 200 20 1,6
resíduo 33 425 13
Total 43 624
A figura 11 exibe o gráfico contendo as médias e os respectivos erros padrão da média,
para os 11 tratamentos estudados.
1,9
6,9
4,2
3,0
9,9
8,1
4,7
5,6
5,2
6,1
5,5
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
LPFF
L
P
FG
L
P
GG
CP
FF
CP
GF
CPGG
LEF
G
L
E
GG
L
E
GM
CE
FF
CEGG
VE24 (%)
LPFF: lenho de Pinus fino e PEBD fino, LPFG: lenho de Pinus fino e PEBD grosso, LPGG: lenho de Pinus grosso e PEBD grosso, CPFF: casca
de Pinus fina e PEBD fino, CPGF: casca de Pinus grossa e PEBD fino, CPGG: casca de Pinus grossa e PEBD grosso, LEFG: lenho de Eucalyptus
fino e PEBD grosso, LEGG: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD grosso, LEGM: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD misturado, CEFF: casca de
Eucalyptus fina e PEBD fino, CEGG: casca de Eucalyptus grossa e PEBD grosso
Figura 11 - Variação da espessura (VE24) da placa composta de serragem e plástico reciclável após 24 horas de
imersão em água
34
Novamente o tratamento LPFF foi o que apresentou o melhor desempenho entre os 11
tratamentos estudados, com 1,9 % de aumento em espessura durante as 24 horas de imersão em
água. Os tratamentos que incharam mais foram os que utilizaram a casca de Pinus com
granulometria maior (CPGF e CPGG). A análise de variância permitiu verificar que não houve
diferenças significativas entre as médias dos tratamentos para este ensaio.
O quadro 4 apresenta os valores das propriedades mecânicas obtidas nos ensaios de
compressão paralela e flexão estática.
35
Compressão paralela Flexão estática
TRATAMENTO REPETIÇÃO
CARGA
MÁXIMA
MOR MOE MOR
CEF+PF 1 646 52 544,3 75,9
2 527 57,5 491,6 75,5
3 515 53 358,0 67,9
4 562,7 54,2 303,0 60,0
CEG+PG 1 833 80,6 211,4 33,5
2 500 54,7 300,8 41,6
3 637 67,3 268,6 49,4
4 656,7 67,5 288,3 39,4
CPF+PF 1 453 47,3 306,3 63,1
2 358 43,9 366,7 72,6
3 441 40,3 406,9 67,9
4 417,3 43,8 331,8 78,9
CPG+PF 1 409 41,2 475,7 63,7
2 375 39,5 294,3 39,1
3 384 34,6 414,7 51,2
4 389,3 38,4 511,2 65,9
CPG+PG 1 356 37,5 235,3 43,1
2 295 34,1 425,2 68,2
3 318 34,3 433,7 80,2
4 323,0 35,3 274,3 59,0
LEF+PG 1 761 81,3 303,6 36,9
2 629 65 302,8 59,4
3 516 59,1 333,3 52,0
4 635,3 68,5 314,1 44,0
LEG+PG 1 458 49,9 194,2 25,5
2 386 40,5 221,8 30,3
3 520 58,7 216,8 28,9
4 454,7 49,7 281,8 25,9
LEG+PM 1 268 32,4 249,7 41,1
2 894 93,3 256,2 42,2
3 925 100,6 256,8 48,8
4 695,7 75,4 190,2 34,2
LPF+PF 1 806 73,3 388,1 79,8
2 431 46,3 426,9 73,1
3 552 71,3 379,2 80,3
4 596,3 63,6 343,6 66,6
LPF+PG 1 371 40,8 223,7 51,5
2 442 47,4 279,8 54,8
3 542 61,9 201,8 38,2
4 451,7 50,0 271,9 50,6
LPG+PG 1 460 47,8 348,9 51,6
2 380 47,2 213,1 58,2
3 253 29,7 182,4 43,5
4 364,3 41,6 223,6 37,2
Quadro 4 - Dados obtidos nos ensaios de compressão e flexão estática da placa fabricada com serragem e plástico
reciclável
36
A tabela 7 resume a análise de variância para o módulo de elasticidade na flexão estática
(MOE).
Tabela 7 - Análise de variância para o MOE na flexão estática
C.V. g.l. S.Q. Q.M. F
tratamento 10 233934 23393 3,4 **
Resíduo 33 229190 6945
Total 43 463124
A figura 12 exibe o gráfico contendo as médias, os resultados do teste de Tukey e os
respectivos erros padrão da média, para os 11 tratamentos estudados.
ab
30,5
a
40,8
a
40,6
ab
35,0
ab
35,2
b
20,0
ab
21,1
ab
29,1
ab
22,3
ab
23,9
ab
32,2
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
50,0
LPFF
LPF
G
LPGG
CPFF
C
PGF
CPGG
LEFG
LEGG
LEGM
CEFF
C
EGG
MOE [MPa]
LPFF: lenho de Pinus fino e PEBD fino, LPFG: lenho de Pinus fino e PEBD grosso, LPGG: lenho de Pinus grosso e PEBD grosso, CPFF: casca
de Pinus fina e PEBD fino, CPGF: casca de Pinus grossa e PEBD fino, CPGG: casca de Pinus grossa e PEBD grosso, LEFG: lenho de Eucalyptus
fino e PEBD grosso, LEGG: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD grosso, LEGM: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD misturado, CEFF: casca de
Eucalyptus fina e PEBD fino, CEGG: casca de Eucalyptus grossa e PEBD grosso
Figura 12 – Módulo de elasticidade na flexão estática (MOE) da placa composta de serragem e plástico reciclável
O módulo de elasticidade na flexão estática foi em geral superior para as placas que
continham serragem de Eucalyptus. Isso pode ser facilmente visualizado na figura 12. Houve
diferença entre tratamentos e o melhor desempenho do primeiro tipo de material ligno-celulósico
foi confirmado no teste de Tukey. Os resíduos finos, de casca de Eucalyptus e de PEBD
apresentaram bom desempenho durante o ensaio.
37
A tabela 8 resume a análise de variância para o módulo de ruptura (MOR) obtido no
ensaio de flexão estática.
Tabela 8 - Análise de variância para o MOR na flexão estática
C.V. g.l. S.Q. Q.M. F
tratamento 10 7254 725 3,9 **
Resíduo 33 6207 188
Total 43 13461
A figura 13 exibe o gráfico contendo as médias, os resultados do teste de Tukey e os
respectivos erros padrão da média, para os 11 tratamentos estudados.
abc
5,6
ab
6,5
a
7,0
abc
5,8
abc
5,0
c
2,9
bc
3,4
abc
5,6
abc
4,6
abc
5,0
a
7,0
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
LPFF
L
PF
G
L
PGG
CPFF
CP
GF
CPGG
L
E
FG
L
EGG
LEGM
CEF
F
C
EGG
MOR [MPa]
LPFF: lenho de Pinus fino e PEBD fino, LPFG: lenho de Pinus fino e PEBD grosso, LPGG: lenho de Pinus grosso e PEBD grosso, CPFF: casca
de Pinus fina e PEBD fino, CPGF: casca de Pinus grossa e PEBD fino, CPGG: casca de Pinus grossa e PEBD grosso, LEFG: lenho de Eucalyptus
fino e PEBD grosso, LEGG: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD grosso, LEGM: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD misturado, CEFF: casca de
Eucalyptus fina e PEBD fino, CEGG: casca de Eucalyptus grossa e PEBD grosso
Figura 13 - Tensão no limite de resistência à flexão estática (MOR) da placa composta de serragem e plástico
reciclável
Na ruptura, os dois tratamentos em que se empregou a casca de Pinus, foram os que
romperam mais facilmente. Nesse ensaio o tratamento que empregou lenho de Eucalyptus de
granulometria maior e PEBD de granulometria mista se destacou, bem como o tratamento LPFF,
que contém partículas finas tanto de plástico reciclável como de lenho de Pinus. Pelo teste de
38
Tukey pode-se observar a influência da granulometria fina, tanto para o lenho de Pinus, quanto
para a casca de Pinus.
A tabela 9 resume a análise de variância efetuada para a resistência à compressão,
realizada para os 11 tratamentos.
Tabela 9 - Análise de variância para a tensão no limite de resistência (fc) à compressão paralela
C.V. g.l. S.Q. Q.M. F
Tratamento 10 7303 730 5,3 **
Resíduo 33 4540 138
Total 43 11842
A figura 14 exibe o gráfico contendo as médias, os resultados do teste de Tukey e os
respectivos erros padrão da média, para os 11 tratamentos estudados.
ab
6,6
abc
5,3
a
7,4
abc
4,9
ab
6,7
c
3,5
c
3,8
bc
4,3
bc
4,1
abc
4,9
abc
6,2
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
LPFF
LPF
G
L
PGG
CPF
F
CPGF
CPGG
LEF
G
L
EGG
LEGM
CE
FF
CEGG
fc [MPa]
LPFF: lenho de Pinus fino e PEBD fino, LPFG: lenho de Pinus fino e PEBD grosso, LPGG: lenho de Pinus grosso e PEBD grosso, CPFF: casca
de Pinus fina e PEBD fino, CPGF: casca de Pinus grossa e PEBD fino, CPGG: casca de Pinus grossa e PEBD grosso, LEFG: lenho de Eucalyptus
fino e PEBD grosso, LEGG: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD grosso, LEGM: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD misturado, CEFF: casca de
Eucalyptus fina e PEBD fino, CEGG: casca de Eucalyptus grossa e PEBD grosso
Figura 14 - Tensão no limite de resistência à compressão (fc) da placa composta de serragem e plástico reciclável
No ensaio de compressão novamente os três tratamentos com partículas de casca de Pinus
obtiveram uma baixa resistência mecânica (Figura 14). Dois dos três tratamentos com lenho de
Eucalyptus foram os mais resistentes à compressão e os tratamentos com casca dessa espécie
39
combinada a PEBD de granulometria grossa, e lenho de Pinus fino combinado com o resíduo
desse plástico de granulometria fina, foram os que apresentaram melhor resistência à compressão.
No quadro 5 pode-se observar os resultados obtidos nos ensaios de arrancamento de prego
e de parafuso de fenda.
40
Carga Máxima (N)
Tratamento Repetição
Arrancamento de
Prego
Arrancamento de
parafuso de fenda
CEF+PF 1 7,6 88
2 1,9 59
3 2 64
4 1,3 70
CEG+PG 1 3,8 89
2 8 85
3 4,9 85
4 5,6 86
CPF+PF 1 6,2 43
2 4,2 44
3 5 47
4 2,7 45
CPG+PF 1 4,5 40
2 2,3 48
3 4,3 52
4 3,4 47
CPG+PG 1 1,1 40
2 3,4 41
3 0,4 39
4 3,5 40
LEF+PG 1 3,3 79
2 4 92
3 7,2 79
4 2,8 83
LEG+PG 1 2,4 73
2 4,9 83
3 3,3 82
4 2,2 79
LEG+PM 1 4,6 84
2 5,6 86
3 3 95
4 7,7 88
LPF+PF 1 4,8 68
2 2,5 79
3 8,2 75
4 6,6 74
LPF+PG 1 4 51
2 3,2 37
3 4,2 58
4 3 49
LPG+PG 1 3,4 65
2 3,7 71
3 4,7 79
4 4 72
Quadro 5 - Resultados obtidos nos ensaios de arrancamento de elementos metálicos da placa fabricada com serragem
e plástico reciclável
41
A tabela 10 resume a análise de variância para a carga máxima de extração de prego para
os 11 tratamentos estudados.
Tabela 10 - Análise de variância para a carga máxima no ensaio de arranque de prego
C.V. g.l. S.Q. Q.M. F
tratamento 10 48 5 1,6
resíduo 33 100 3
total 43 148
A figura 15 exibe o gráfico contendo as médias, os resultados do teste de Tukey e os
respectivos erros padrão da média.
56
32
52
32
43
21
36
45
40
36
55
0
10
20
30
40
50
60
70
LPFF
LPFG
LPGG
CPFF
CP
G
F
CP
GG
L
EF
G
L
EGG
L
EG
M
CE
FF
CE
GG
Fapr [N]
LPFF: lenho de Pinus fino e PEBD fino, LPFG: lenho de Pinus fino e PEBD grosso, LPGG: lenho de Pinus grosso e PEBD grosso, CPFF: casca
de Pinus fina e PEBD fino, CPGF: casca de Pinus grossa e PEBD fino, CPGG: casca de Pinus grossa e PEBD grosso, LEFG: lenho de Eucalyptus
fino e PEBD grosso, LEGG: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD grosso, LEGM: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD misturado, CEFF: casca de
Eucalyptus fina e PEBD fino, CEGG: casca de Eucalyptus grossa e PEBD grosso
Figura 15 - Força de arrancamento do prego 16x18 (Fapr) da placa composta de serragem e plástico reciclável
O valor F da análise de variância para a carga de arrancamento de prego não foi
significativo para os tratamentos testados, mas observando-se o gráfico da figura 15 pode-se
notar que entre os tratamentos em que se empregou o resíduo de Pinus como material ligno-
celulósico, aqueles combinados com PEBD fino ofereceram uma pequena vantagem na
resistência ao arrancamento de prego, tanto para as partículas obtidas da casca como aquelas
obtidas do lenho. Nos tratamentos com casca e lenho de Eucalyptus em que se empregou resíduo
42
madeireiro com o predomínio de partículas grossas apresentaram desempenho ligeiramente
melhor.
A tabela 11 resume a análise de variância para a carga máxima de arrancamento de
parafuso de fenda realizada para os 11 tratamentos.
Tabela 11 - Análise de variância para a carga máxima no arrancamento de parafuso de fenda
C.V. g.l. S.Q. Q.M. F
tratamento 10 13223 1322 36,1 **
resíduo 33 1208 36,6
Total 43 14431
A figura 16 exibe o gráfico contendo as médias, os resultados do teste de Tukey e os
respectivos erros padrão da média, para os 11 tratamentos estudados.
abc
740
d
487
bc
717
d
447
d
467
d
400
ab
863
c
703
a
883
abc
793
abc
833
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
L
PF
F
LPFG
L
PGG
CP
FF
CPG
F
CP
GG
L
EF
G
LEG
G
LEGM
CE
FF
CEGG
Fapa [N]
LPFF: lenho de Pinus fino e PEBD fino, LPFG: lenho de Pinus fino e PEBD grosso, LPGG: lenho de Pinus grosso e PEBD grosso, CPFF: casca
de Pinus fina e PEBD fino, CPGF: casca de Pinus grossa e PEBD fino, CPGG: casca de Pinus grossa e PEBD grosso, LEFG: lenho de Eucalyptus
fino e PEBD grosso, LEGG: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD grosso, LEGM: lenho de Eucalyptus grosso e PEBD misturado, CEFF: casca de
Eucalyptus fina e PEBD fino, CEGG: casca de Eucalyptus grossa e PEBD grosso
Figura 16 - Força de arrancamento de parafuso de fenda 4,8 x 1” (Fapa) da placa composta de serragem e plástico
reciclável
O valor F calculado para o ensaio de arrancamento de parafusos foi o maior registrado de
todos os ensaios físico-mecânicos realizados para este trabalho (Tabela 11). Dentre os grupos de
43
tratamentos analisados, os três tratamentos com casca de Eucalyptus foram os que resistiram
menos ao esforço de extração do parafuso, e aqueles tratamentos em que se empregou o lenho de
Eucalyptus e a casca de Eucalyptus grossa com partículas maiores de PEBD foram os mais
resistentes à retirada dos parafusos, seguidos pelos dois tratamentos com lenho de Pinus de
granulometrias semelhantes (Figura 16), o que pode indicar neste último caso que granulometrias
parecidas tornam o material mais coeso mecanicamente.
44
5 CONCLUSÕES
O tratamento que apresentou as melhores propriedades físico-mecânicas foi aquele em
que se utilizou lenho de Pinus de granulometria fina e plástico também de granulometria fina,
apresentando a menor absorção de água, menor inchamento em espessura, boa resistência à
compressão, e melhor módulo de ruptura na flexão estática.
Dentre os tratamentos que utilizaram casca de Eucalyptus, aquele em que se utilizou
granulometria grossa tanto para a serragem quanto para o plástico, apresentou as melhores
propriedades físicas, com exceção da variação em espessura ocorrida em 24 horas de imersão em
água. As propriedades mecânicas das placas produzidas com casca de Eucalyptus foram
superiores naqueles em que se utilizou granulometria fina para os dois materiais.
Estratificando-se os tratamentos em 4 grupos (lenho de Pinus, casca de Pinus, lenho de
Eucalyptus e casca de Eucalyptus), observa-se que o grupo que apresentou o melhor desempenho
geral nos ensaios realizados foram os 3 tratamentos com lenho de Eucalyptus. E que o piores
resultados foram dos 3 tratamentos em que se empregou casca de Pinus.
O tratamento com casca de Pinus foram os que romperam mais facilmente na flexão
estática, mas isso não pode ser considerado apenas como desvantagem, pois nesse caso as placas
foram mais flexíveis e podem ser aproveitadas em situações não estruturais.
O tratamento de pior desempenho nos ensaios mecânicos foi aquele em que se utilizou
casca de Pinus e plástico reciclável ambos de granulometria grossa, embora tenha apresentado
boas propriedades físicas.
45
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