Documento | Mestrado |
Área | Estruturas de Madeira |
Data da defesa | 16/04/2024 |
Autor | KUNIYOSHI, José Ricardo Gabriel |
Orientador | LAHR, Francisco Antonio Rocco |
Português | |
Título | Influência do tempo e da pressão de impregnação em propriedades mecânicas da madeira de Pinus para aplicações estruturais |
Resumo
O interesse pelos compósitos polímero-madeira (CPMs) tem crescido ao longo dos últimos anos, especialmente por ser uma forma de melhorar as propriedades físicas e mecânicas da madeira sem tratamento. As espécies do gênero Pinus, muito presente no cenário da silvicultura brasileira, estão entre as mais utilizadas para a fabricação dos CPMs, uma vez que absorvem monômeros com facilidade, dada sua alta porosidade, possibilitando que sua resistência mecânica possa ser equiparada com madeiras de espécies tropicais. A impregnação de monômeros é muitas vezes realizada a partir do método de vácuo-pressão em autoclave, para permitir absorção mais rápida e eficiente em comparação a outros métodos. Contudo, poucas pesquisas têm estudado formas de otimizar o processo impregnação da madeira, levando em consideração as variáveis relacionadas. O presente trabalho tem como objetivo de estudar o efeito da pressão de impregnação e do tempo de permanência na autoclave em propriedades mecânicas, no processo de fabricação de CPMs. Para tanto, foi considerado um planejamento fatorial completo (22), a partir de dois níveis de pressão (3; 6 atm) e dois níveis de tempo (30; 60 min), resultando em quatro grupos experimentais, além do grupo de controle. Para fabricação dos CPMs, foi utilizada a madeira de Pinus caribaea var. hondurensis, além do metacrilato de metila (MMA) e do peróxido de benzoíla como solução de monômero-iniciador. Os resultados mostraram que todos os grupos experimentais promoveram aumentos nas propriedades mecânicas em relação ao controle, exceto para as propriedades elásticas. Além disso, verificou-se que a interação do tempo e da pressão possui um efeito negativo nas propriedades mecânicas estudadas. As fotomicrografias de MEV mostraram que as amostras tratadas com os níveis máximos dos fatores (6 atm e 60 min) apresentaram danos em sua estrutura anatômica. Os resultados indicam que, caso a pressão seja mantida a um nível mais elevado, mesmo que todos os vazios já tenham sido preenchidos, ocorre o rompimento das paredes celulares de algumas traqueídes. Portanto, foi de suma importância avaliar adequadamente as variáveis inerentes ao processo de fabricação de CPMs, para que se obtivesse a maximização das propriedades mecânicas, sem prejudicar a microestrutura da madeira.
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Palavras-chave | madeira impregnada; compósitos polímero-madeira; Pinus; metacrilato de metila; otimização; planejamento experimental. |
English | |
Title | Influence of impregnation time and pressure on the mechanical properties of pine wood for structural applications |
Abstract
The interest in wood-polymer composites (WPCs) has grown over the past years, especially to enhance physical and mechanical properties of untreated wood. Pine species, widely present in the Brazilian forestry scenario, are among the most used for WPCs manufacturing, as they absorb monomers easily, given their high porosity, enabling their mechanical strength to be matched with tropical wood species. The impregnation of monomers is often performed using the vacuum-pressure method in an autoclave, which allows for faster and more efficient absorption compared to other methods. However, few studies have investigated ways to optimize the wood impregnation process, considering the related variables. The present study aims to investigate the effect of impregnation pressure and autoclave dwell time on the mechanical properties in the manufacturing process of WPCs. For this purpose, a full factorial design (2²) was considered, with two pressure levels (3; 6 atm) and two impregnation time levels (30; 60 min), resulting in four experimental groups, in addition to the control group. For the manufacture of WPCs, Pinus caribaea var. hondurensis wood was used, in addition to methyl methacrylate (MMA) and benzoyl peroxide as monomer-initiator solution. The results showed that all experimental groups promoted increases in mechanical properties compared to the control, except for elastic properties. Furthermore, it was found that the interaction of time and pressure has a negative effect on the mechanical properties studied. Scanning electron microscopy (SEM) images showed that samples treated with the maximum levels of factors (6 atm and 60 min) presented damage to their anatomical structure. The results indicate that if the pressure is maintained at a higher level, even if all voids have already been filled, the cell walls of some tracheids rupture. Therefore, it was of utmost importance to adequately evaluate the inherent variables in WPCs manufacturing process to achieve the maximization of mechanical properties, without impairing the wood microstructure.
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Keywords | impregnated wood; wood-polymer composites; pine wood; methyl methacrylate; optimization; experimental design. |