Desenvolvimento de um compósito de espuma rígida de poliuretana de mamona e fibras de sisal para isolação térmica

The search for sustainable technologies that can contribute to reduce energy consumption is a great challenge in the field of insulation materials. In this context, composites manufactured from vegetal sources are an alternative technology. The principal objectives of this work are the development and characterization of a composite composed by the rigid polyurethane foam derived from castor oil (commercially available as RESPAN D40) and sisal fibers. The manufacture of the composite was done with expansion controlled inside a closed mold. The sisal fibers where used in the form of needlepunched nonwoven with a mean density of 1150 g/m2 and 1350 g/m2. The composite characterization was performed through the following tests: thermal conductivity, thermal behavior, thermo gravimetric analysis (TG/DTG), mechanical strength in compression and flexural, apparent density, water absorption in percentile, and the samples morphology was analyzed in a MEV. The density and humidity percentage of the sisal fiber were also determined. The thermal conductivity of the composites was higher than the pure polyurethane foam, the addition of nonwoven sisal fibers will become in a higher level of compact foam, reducing empty spaces (cells) of polyurethane, inducing an increase in k value. The apparent density of the composites was higher than pure polyurethane foam. In the results of water absorption tests, was seen a higher absorption percent of the composites, what is related to the presence of sisal fibers which are hygroscopic. From TG/DTG results, with the addition of sisal fibers reduced the strength to thermal degradation of the composites, a higher loss of mass was observed in the temperature band between 200 and 340 °C, related to urethane bonds decomposition and cellulose degradation and its derivatives. About mechanical behavior in compression and flexural, composites presented a better mechanical behavior than the rigid polyurethane foam. An increase in the amount of sisal fibers induces a higher rigidity of the composites. At the thermal behavior tests, the composites were more mechanically and thermally resistant than some materials commonly used for thermal insulation, they present the same or better results. The density of nonwoven sisal fiber had influence over the insulation grade; this means that, an increaser in sisal fiber density helped to retain the heat

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

A busca por alternativas tecnológicas sustentáveis e, sobretudo que venham a contribuir para economizar energia, apresenta-se como um crescente desafio no campo dos materiais para isolação térmica. Nesse contexto, os compósitos fabricados com matéria-prima de fontes renováveis surgem como uma alternativa tecnológica. Os principais objetivos deste trabalho foram o desenvolvimento e a caracterização do compósito formado pela espuma rígida de poliuretana derivada de óleo de mamona (disponível comercialmente e denominada RESPAN D40®) - e fibras de sisal. O processamento do compósito foi feito com expansão controlada em um molde fechado. As fibras de sisal foram utilizadas na forma de mantas agulhadas com gramatura média de 1150 g/m2 e de 1350 g/m2. A caracterização do compósito foi realizada através dos seguintes ensaios: condutividade térmica, desempenho térmico, análise termogravimétrica (TG/DTG), resistência mecânica em compressão e em flexão, densidade aparente, porcentagem de absorção de água e avaliação morfológica por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A gramatura e a porcentagem de umidade das fibras de sisal também foram determinadas. Os resultados dos ensaios foram comparados aos da espuma de poliuretana pura. A condutividade térmica dos compósitos foi maior que a da espuma pura, ou seja, a adição das mantas de sisal induziu um maior grau de compactação da espuma, reduzindo os espaços vazios (células) da poliuretana, induzindo elevação do k. A densidade aparente dos compósitos foi maior que a densidade da espuma de poliuretana pura. Nos resultados do ensaio de absorção de água observou-se uma maior porcentagem de absorção dos compósitos, o que está relacionado à presença das fibras de sisal que são higroscópicas. A adição das fibras de sisal também diminuiu a resistência à degradação térmica dos compósitos. Houve uma maior perda de massa do compósito na faixa de temperatura entre 200 e 340°C, relacionada à decomposição das ligações uretânicas e a degradação da celulose e de seus derivados. Na avaliação mecânica em compressão e flexão, os compósitos apresentaram melhor desempenho mecânico que a espuma rígida de poliuretana. O aumento do conteúdo de fibras induziu um aumento na rigidez dos compósitos. Nos ensaios de desempenho térmico, os compósitos foram mais resistentes termicamente, ou seja, pode-se concluir que os mesmos podem ser usados como material de isolamento térmico em sistemas na faixa de temperatura entre 60 e 110°C, pois apresenta desempenho térmico e mecânico semelhante, ou melhor, que alguns materiais comumente utilizados para fins de isolação térmica. A gramatura da manta de sisal influenciou o grau de isolamento térmico, isto é, o aumento da densidade de fibras ajudou na retenção do calor