Desenvolvimento de materiais de alto desempenho a base de bambu através de processo de densificação

Autor(es)

Marzieh Kadivar

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Pirassununga.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Faculdade de Zootecnica e Engenharia de Alimentos (FZE/BT)
• Data de defesa: 2020-12-11

Membros da banca

Holmer Savastano Junior; Andreas Krause; Romildo Dias Toledo Filho; Mario Tommasiello Filho; Yan Xiao

• Orientador: Holmer Savastano Júnior; Khosrow Ghavami

Resumo

O bambu se tornou um material atraente para aplicações de engenharia em vista de aspectos relacionados a sua sustentabilidade, confiabilidade, excelentes propriedades físicas e mecânicas e facilidade de acesso. No entanto, vários problemas, como propriedades heterogêneas e questões de durabilidade, ainda impedem o uso generalizado do bambu como material de construção. Portanto, o bambu passa por tratamentos e processos especiais para resolver essas dificuldades. Os processos de densificação podem ser aplicados para diminuir a heterogeneidade dos colmos de bambu, melhorar seu desempenho mecânico e, consequentemente, auxiliar no uso mais eficiente do bambu como material industrial nas construções modernas. A revisão da literatura sobre densificação de bambu sugere que o teor de umidade inicial, o grau de densificação, a temperatura e a taxa de compressão são os principais parâmetros para a eficiência do processo. Os estudos experimentais nesta tese foram orientados para alcançar parâmetros ótimos para o processo de densificação. Primeiramente, a influência do teor de umidade inicial na densificação termo-mecânica (TM) do bambu foi investigada por meio de caracterizações mecânicas, químicas e físicas. Os resultados desta etapa mostraram que o processo de densificação aumenta a densidade e melhora o comportamento frente a solicitações de tração na flexão, a saber: módulo de ruptura (MOR), módulo de elasticidade (MOE), limite de proporcionalidade (LOP) e energia específica (SE) do bambu. As amostras densificadas com 10% de umidade inicial apresentaram as melhores propriedades de flexão, com um MOR médio, MOE e MOE dinâmico de 318 MPa, 27,7 GPa e 34,1 GPa respectivamente, com um aumento de 56% para MOR e 41% para MOE em comparação com as referencias não densificadas. A análise por microscopia eletronica de varedura (MEV) de cortes transversais de bambu mostrou o rearranjo das fibras, compactação densa dos feixes vasculares e fechamento parcial das cavidades como resultados da densificação. Análises de caracterização física revelaram que o processo de densificação foi prejudicial para a estabilidade dimensional do bambu. Portanto, em um segundo estudo, os parâmetros de modificação de TM (temperatura, taxa de compressão e tempo de prensagem) foram otimizados para alcançar a melhor estabilidade dimensional por meio de spring back (recuperação da espessura com o tempo após a densificação), absorção de água e medições de inchamento. De acordo com os resultados desta etapa, a o grau de densificação (DD) máxima alcançável em que nenhuma ruptura por cisalhamento e nenhuma deformação lateral ocorre é de cerca de 43,6%, que pode ser obtida densificando o bambu a 200°C com uma taxa de compressão de 2 mm/min. A análise de densitometria de raios X confirmou que o maior valor de densidade, 1,30 g/cm3, é obtido com um DD em torno de 50%. Os menores valores de spring back, absorção de água e inchamento em espessura, ou seja, 4,72%, 23,80% e 17,70% respectivamente, para o bambu densificado, são obtidos quando o processo de densificação é conduzido a 200°C com uma taxa de compressão de 6,73 mm/min. Por último, foram sugeridos dois exemplos de aplicação para bambu densificado; bambu planificado-densificado e painel sanduíche de bambu. Em conclusão, ganhos significativos na desempenho físico e mecânico do bambu podem ser obtidos com o processo de densificação. (AU)

• Processo FAPESP: 19/24253-1 - Desenvolvimento de materiais de alto desempenho à base de bambu pelo processo de densificação
• Beneficiário: Marzieh Kadivar
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado