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May 31, 2023

Estabilidade dimensional e propriedades mecânicas de extrusados

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 10545 (2022) Citar este artigo 994 Acessos 3 Citações Detalhes das métricas Tamanho de partícula de 250 µm de materiais de madeira e polietileno (PE) foram compostos em

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 10545 (2022) Citar este artigo

994 acessos

3 citações

Detalhes das métricas

Tamanho de partícula de 250 µm de materiais de madeira e polietileno (PE) foram compostos em proporções de mistura de 60/40, 70/30 e 80/20 (com um aumento no polímero para diminuir no teor de madeira) e extrusados ​​usando uma extrusora de parafuso único em uma faixa de temperatura de 110–135 °C. As partículas de Gmelina Arborea, Tectona grandis, Cordia milleni e Nauclea diderichii com polietileno reciclado foram compostas e comprimidas a 175 N/mm para produzir compósitos biopoliméricos. Os compósitos biopolímeros foram submetidos ao teste de estabilidade dimensional às 24 horas do método de imersão em água e a capacidade de suportar carga foi investigada. O resultado dos resultados mostra que os compósitos biopoliméricos extrusados-compressivos tiveram valores variando de 0,06 a 1,43 g/cm3, 0,38 a 3,41% e 0,82 a 6,85% para densidade observada, absorção de água e inchaço de espessura em 24 horas de imersão em água. teste. Os valores das propriedades mecânicas variaram de 0,28 Nmm−2–21,35 Nmm−2 e 0,44–550,06 Nmm−2 para módulo de flexão e resistência; e 191,43 Nmm−2–1857,24 Nmm−2 e 0,35 Nmm−2–243,75 Nmm−2 para módulo de tração e resistência, respectivamente. Observou-se que a absorção de umidade e a resistência apresentada pelos compósitos variam de acordo com os valores obtidos para as espécies de madeira em diferentes proporções de mistura. Observa-se que quanto maior o teor de polietileno na madeira, melhor será sua estabilidade dimensional e propriedades de flexão e tração. As partículas de madeira de Cordia milleni compostas na proporção de 60 a 40 (polietileno/madeira) apresentaram melhor desempenho em estabilidade dimensional e capacidade de carga. Este estudo confirmou o efeito dos métodos nas espécies de madeira e PE reciclado para a fabricação de compósitos à base de polímero de madeira para aplicações internas e externas.

Desde o início do século XX, o setor de polímeros vem se expandindo; vários produtores de resinas e empresas químicas em todo o mundo contribuem principalmente para o volume de produtos plásticos produzidos anualmente, que excede 200 milhões de toneladas1,2. Isto permite que a indústria de processamento de polímeros em todo o mundo se expanda a partir de dezenas de milhares de pequenas e médias empresas. A maioria dos fabricantes de polímeros utiliza máquinas diferentes para operação; a maioria usa extrusoras e máquinas de moldagem por injeção. A primeira operação de produção do polímero é através da matriz de pelotização enquanto a segunda é para a conformação final (Vlachopoulos e Wagner, 2001). As duas operações envolvem aquecimento e fusão do polímero, bombeando o polímero derretido para a unidade de modelagem para formar a forma e as dimensões necessárias, após o resfriamento para solidificar. A composição de polímero e outras partículas como madeira é normalmente feita usando extrusoras de parafuso sob calor e pressão específicos. O material composto pode ser prensado ou moldado em um produto final ou transformado em pellets para processamento posterior em uma máquina de moldagem por injeção. Os produtos poliméricos podem ser fabricados em extrusão de chapas ou perfis, moldagem por injeção, calandragem, termoformagem ou moldagem por compressão4.

Os produtos poliméricos têm propriedades únicas que incluem fácil fabricação, baixas densidades, resistência à corrosão, isolamento elétrico e térmico e, muitas vezes, rigidez e tenacidade favoráveis ​​por unidade de peso3. Devido a estas propriedades apresentadas, a indústria de polímeros continuou a crescer nos países em desenvolvimento, onde as suas necessidades em transporte, embalagem de alimentos, habitação e aparelhos eléctricos são muito importantes. O interesse em adicionar fibra de madeira como reforço ao polímero tem crescido ao longo dos anos devido às excelentes propriedades e desempenho dos produtos5. O compósito polimérico de madeira é conhecido por ser um bioproduto alternativo aos painéis de partículas aglomeradas orgânicas, com características melhoradas para atender a diferentes aplicações4. A combinação de madeira e polímero mostrou produtos mecanicamente melhorados em comparação com outros produtos de painéis à base de madeira e produtos plásticos6. A extrusão direta é a técnica mais comum utilizada na fabricação de compósitos biopolímeros. Esta técnica permite que as matérias-primas sejam fundidas e extrusadas em um perfil contínuo, forçando o material fundido através da matriz na mesma etapa do processo7. A técnica de extrusão indireta pode ser feita em perfis ou em chapas para moldagem por compressão a serem fabricadas. Este estudo adota ambas as técnicas para a produção de biopolímero a partir de espécies de madeira selecionadas cultivadas na Nigéria; objetivou-se investigar seu efeito em propriedades específicas como estabilidade mecânica e dimensional do produto. Muitas partículas de espécies de madeira de regiões temperadas e tropicais foram investigadas. Espécies como pinus, bordo e carvalho são comumente utilizadas para a produção de produtos comerciais de compósitos de madeira-plástico na região temperada8. Pesquisas anteriores mostraram que as espécies de madeira afetam as propriedades mecânicas dos WPCs, com partículas de madeira dura superando as farinhas de madeira macia em termos de propriedades de tração e temperatura de deflexão térmica5,9. A maioria dos fabricantes de compósitos de madeira-plástico são encontrados em países desenvolvidos do mundo com tecnologias melhoradas e avançadas, à medida que a tecnologia está melhorando e a demanda de marketing também está crescendo. À medida que a indústria cresce nos países desenvolvidos, os países em desenvolvimento ainda têm dificuldade em alinhar-se com as tecnologias, apesar da enorme geração de resíduos de madeira provenientes das numerosas indústrias madeireiras10,11. Os resíduos de madeira gerados pelas indústrias madeireiras poderiam ser destinados a um uso industrial importante para a produção de WPCs, em vez de serem usados ​​em aterros ou queimados12. Há um aumento gradual na tendência de pesquisa sobre WPCs na Nigéria com o uso de diferentes ligantes plásticos e espécies de madeira, em avaliação. O efeito de algumas espécies de madeiras tropicais nas propriedades de resistência dos WPCs também foi investigado13,14. Investigou a possibilidade e o potencial de espécies de madeira tropical e resíduos agrícolas para a produção de WPCs na Nigéria, utilizando uma extrusora de parafuso e uma máquina de prensagem a quente de composição fabricada manualmente. Vale a pena notar que espécies de madeira nobre cultivadas na Nigéria, como Ceiba pentandra, Triplochiton scleroxylon, Entandrophragma cylindricum, Cordia alliodora, Funtumia Elastica, Brachystegia Kennedy, khaya ivorensis, Tectona grandis, Terminalia Superba e Milicia excelsa têm sido usadas para produzir WPCs sem agentes de acoplamento usando extrusora de rosca única e/ou moldada por compressão5,15,16,17,18. Esses estudos revelaram produtos de resistência melhorados com propriedades de baixa sorção que podem ser usados ​​para aplicações internas de baixo estresse17. Todas essas espécies de madeira são encontradas regularmente no processo diário de conversão de madeira nas indústrias nigerianas de moagem de madeira para fins estruturais. Recentemente, à medida que a investigação sobre WPCs está a crescer, é também necessário investigar cada vez mais espécies de madeira cultivadas na Nigéria. Entre as espécies de madeira investigadas anteriormente estão Gmelina Arborea e Tectona grandis, que atingem gravidades específicas de 0,42–0,64 e 0,61–0,73. essas espécies de madeira são comuns nas serrarias nigerianas devido aos valores de mercado de alta demanda para exportação, a espécie de madeira é útil para fabricação de papel, moldagem de móveis, carpintaria de interiores, construção naval e compensado, madeira para postes, painéis de aglomerado, folheados e algumas outras estruturas19,20. Estas espécies de madeira são utilizadas neste estudo para comparar com novas espécies como Cordia milleni e Nauclea diderichii que ainda não foram investigadas. Essas espécies de madeira são florestas semidecíduas com gravidades específicas de 0,41–0,50 e 0,56–0,63 para Cordia milleni e Nauclea diderichii. Ambas as espécies de madeira apresentam gravidades específicas inferiores às de Gmelina Arborea e Tectona grandis, além de apresentarem boas características que as tornam úteis para construção em geral e produtos de painéis à base de madeira; especificamente, Nauclea diderichii é muito útil para fins externos, como travessas ferroviárias, construção pesada, obras hidráulicas em contato com água doce ou do mar21,22. Projeta-se que o uso de partículas de madeira na indústria de plásticos aumente à medida que a demanda por produtos WPCs na indústria da construção cresce gradualmente para telhados, telhas e caixilhos de janelas5,23. As aplicações comerciais de WPCs são muito elevadas para decks e revestimentos, o que parece ser uma evidência do futuro desenvolvimento económico e crescimento para os países desenvolvidos4,24. Os WPC estão gradualmente a alargar a sua popularidade a países em desenvolvimento como a Nigéria e a necessidade de uma comercialização direccionada para melhorar as aplicações estruturais nos países em desenvolvimento exige investigação intensiva tanto em materiais como em tecnologia.