Influência da Massa Específica nas Propriedades Físico-Mecânicas de Painéis
Aglomerados
Introdução
No Brasil, os painéis aglomerados começaram a ser produzidos na década de 60.
Na época, por se tratar de um produto novo no mercado nacional, o aglomerado
passou por inúmeros questionamentos, principalmente, quanto às limitações
técnicas, como alta absorção de água, inchamento em espessura, usinabilidade
das bordas e problemas quanto à fixação de parafusos. Com o passar do tempo e a
incorporação de novas tecnologias no processo, tais como, melhor selecção da
matéria-prima, distribuição das partículas em camadas ou graduadas, uso de
parafina, controle do gradiente vertical de densidade, adequação dos sistemas
de prensagem e sistemas de parafusamento mais eficientes, visando minimizar
tais problemas, o aglomerado tornou-se uma das principais matérias-primas
utilizadas pelo sector moveleiro nacional (Melo, 2009). Segundo Mattos et al.
(2008), o painel aglomerado convencional é, actualmente, o tipo de painel mais
produzido e consumido no mundo e no Brasil, com a produção mundial superando os
100 milhões de metros cúbicos. O Brasil é apenas o nono na lista dos maiores
produtores, com aproximadamente 2% da produção mundial, a qual é encabeçada
pelos Estados Unidos (21%), Canadá (12%) e Alemanha (11%). Mais de 95% de toda
a produção brasileira é utilizada apenas para o abastecimento do mercado
interno.
Moslemi (1974) e Kelly (1977) destacam que a qualidade dos painéis aglomerados
está relacionada com a interacção de diversos factores, dentre eles, a matéria-
prima (espécie, massa específica, geometria das partículas, acidez e teor de
extractivos), a razão de compactação (relação entre a massa específica da
madeira e a do painel produzido), o adesivo (tipo, quantidade e qualidade), o
teor de humidade do colchão, o sistema de prensagem (pressão, temperatura,
tempo de fechamento da prensa e tempo de prensagem).
Assim como para a madeira, a massa específica é um dos parâmetros que mais
influenciam qualidade dos painéis produzidos. Iwakiri (2005) afirma que
geralmente os painéis aglomerados comerciais são produzidos com massa
específica entre 0,60 e 0,70 g/cm3 e que a massa específica apresenta
significativa relação com as propriedades dos painéis. Para Kelly (1977), uma
maior massa específica proporciona aos painéis maior resistência mecânica, em
contrapartida, painéis mais densificados demonstram geralmente menor
estabilidade dimensional, o que pode estar relacionado às liberações das
tensões de compressão.
A massa específica final do painel não depende apenas da quantidade de
partículas no colchão, mas também de variáveis de processamento da prensagem,
tais como: matéria-prima (espécie); humidade das partículas; quantidade de
aditivos (adesivo, parafina, preservantes), entre outros. Além da massa
específica média do painel, a forma como esta se distribui verticalmente
(gradiente vertical de densidade), também é influenciada por variáveis de
processamento tais como: tempo de prensagem; tempo de fechamento da prensa; e
pressão exercida durante a prensagem. Para Vignote e Jiménez (1996), a variação
entre a massa específica da camada interna e da externa pode ser superior a
100%, aspecto que pode influenciar significativamente as propriedades dos
painéis, principalmente a resistência à flexão e a tracção perpendicular à
superfície do painel.
A influência da massa específica final do painel sob a sua resistência mecânica
possui uma relação directamente proporcional (Moslemi, 1974; Kelly, 1977;
Maloney, 1993), no entanto, a relação com as propriedades físicas aparentemente
não é bem definida (Suchsland, 1973; Avramidis e Smith, 1989; Haselein et al.,
1989). Apesar disso, Zhow (1990), encontrou altas correlações entre a massa
específica das chapas com a absorção de água e o inchamento em espessura. Nesse
contexto, o presente trabalho objectivou avaliar a influência da massa
específica nas propriedades físicas e na resistência mecânica de painéis
aglomerados confeccionados com partículas da madeira de Eucalyptus grandis.
Material e métodos
Obtenção da matéria-prima (partículas)
Foram produzidos painéis aglomerados com a massa específica nominal pré-
estabelecida em 0,60, 0,70 e 0,80 g/cm3, sendo quatro unidades para cada nível
de densidade. As partículas utilizadas foram obtidas de pranchas de Eucalyptus
grandisW. Hill ex Maiden (indivíduos de aproximadamente 15 anos, abatidos em
povoamentos homogéneos localizados na cidade de Santa Maria-RS, Região Sul do
Brasil), as quais foram resserradas em cortes perpendiculares a grã, passadas
em um moinho de facas (flaker) e, em seguida, em uma forrageira agrícola,
utilizando uma peneira com diâmetro de 8 mm (Figura 1). As partículas geradas
foram classificadas, sendo utilizadas aquelas retidas entre as malhas 3 e 1 mm.
Figura 1-Sequência do processamento para obtenção das partículas de Eucalyptus
grandis utilizadas na confecção dos painéis
Manufactura dos painéis
As partículas seleccionadas foram condicionadas em estufa a 60oC durante 24
horas, onde alcançaram humidade de equilíbrio de aproximadamente 3%. As chapas
foram produzidas utilizando 8% de adesivo (ureia-formaldeído, com viscosidade
de 350 Cp e teor de sólidos de 65%) e 1% de parafina, com base no peso seco das
partículas. O adesivo e a parafina foram aplicados sobre as partículas por meio
de pistola accionada por compressor de ar em um tambor rotativo. Do mesmo modo,
foi aplicada a quantidade de água necessária para que o teor de humidade do
colchão atingisse 10%. Após a aplicação dos aditivos, foi retirada da massa do
colchão uma pequena amostra de 50 g para a determinação do teor de humidade do
colchão, e quando esta apresentava uma variação superior à ± 2% da estimada, o
material era descartado e o processo repetido. Posteriormente, a massa de
partículas era levada a uma caixa formadora (molde de madeira), com as
dimensões 50 x 50 x 20 cm (c x l x h), onde foi realizada a pré-prensagem
manual. Em seguida, a prensagem definitiva foi realizada em prensa hidráulica,
sendo utilizados os seguintes parâmetros: temperatura de 180oC; tempo de
fechamento da prensa de 40 segundos; pressão de 3,0 N/mm2; tempo total de
prensagem de 8 minutos (Figura 2).
Figura 2- Sequência adoptada no processo produtivo dos painéis. Da esquerda
para direita: secagem das partículas em estufa; tambor rotativo; aplicação do
adesivo/parafina/água; prensagem manual a frio do colchão em caixa formadora;
colchão pós-prensagem manual; e prensagem definitiva a quente em prensa
hidráulica
Ensaios realizados
Os painéis confeccionados foram dispostos em câmara climatizada (20oC e 65% de
humidade relativa) até atingirem massa constante. Para avaliação da qualidade
das chapas produzidas, foram realizados ensaios físicos e mecânicos adoptando
as recomendações da norma American Society for Testing and Materials ' ASTM D
1037 (1999).
De cada painel, foram retiradas amostras para os ensaios de teor de humidade,
massa específica, absorção de água, inchamento em espessura, ligação interna,
flexão estática e resistência ao arrancamento de parafusos, conforme ilustrado
na Figura 3.
Figura 3- Modelo de corte das chapas para a confecção dos corpos-de-prova (FE =
flexão estática; ME = massa específica; TU = teor de humidade; AP =
arrancamento de parafusos; AA = absorção de água; IE = inchamento em espessura;
TP = tracção perpendicular a superfície do painel)
Avaliação dos resultados
Os resultados obtidos foram avaliados por análise de regressão linear, estimado
as propriedades físicas e mecânicas dos painéis em função de sua massa
específica. Para a comparação entre os tratamentos, foi utilizada a análise de
variância com posterior comparação das médias pelo teste t de Student (p <
0,05).
Resultados e discussão
Propriedades físicas
Na Figura 4, pode ser observada a variação da massa específica para os
diferentes tratamentos avaliados. Além das variações entre os tratamentos,
foram evidenciadas variações entre painéis de um mesmo tratamento e, entre
amostras originadas de uma mesma chapa. Essas variações ocorrem durante a
manufactura dos compostos e têm como principal causa variações na massa, no
teor de humidade e na falta de homogeneidade de distribuição das partículas no
colchão (Hillig et al., 2004; Melo et al., 2009). Para os painéis produzidos
com massa nominal equivalente a 0,80g/cm3, mesmo nas amostras mais densas os
valores não atingiram o esperado, com a variação dessas amostras ficaram entre
0,74 e 0,79g/cm3. Para o tratamento com massa específica nominal de 0,70g/cm3,
o valor médio observado também foi inferior ao pré-estabelecido. Possivelmente,
isso tenha ocorrido por perdas de aditivos (adesivo e parafina) no momento da
aplicação pela aderência nos instrumentos (Hillig et al., 2002; Dacosta et al.,
2005a; Pedrazzi et al., 2006; Melo et al., 2009).
Figura 4- Variação da massa específica para os diferentes tratamentos
No Quadro 1 encontram-se a massa específica nominal e observada (MEn e MEo) e,
os teores de humidade do colchão e de equilíbrio (TUc e TUeq) atingido pelos
painéis após aclimatação. Nas comparações entre médias, foi verificada
diferença significativa para os valores de massa específica observada e não
significativa para o teor de humidade de equilíbrio. Esses resultados dão maior
confiabilidade para chegar ao objectivo proposto, já que a massa específica e o
teor de humidade dos painéis apresentam reconhecida influência sob as
propriedades dos painéis (Haselein et al., 2002).
Quadro 1- Valores médios de massa específica nominal e observada (MEn e MEo) e,
de teor de humidade do colchão e de equilíbrio (TUc e TUeq)
Os índices que qualificam os painéis quanto à sua estabilidade dimensional
podem ser observados no Quadro 2. Para absorção de água (AA) após 2 horas de
imersão, não foi verificada variação significativa entre os diferentes níveis
de densidades, no entanto, quando imersas por 24 horas, as amostras de maior
massa específica (T3) obtiveram absorção inferior às demais. Quanto ao
inchamento em espessura (IE), houve diferenciação já com 2 horas de imersão,
tendo as amostras de menor massa específica (T1), apresentado maior
estabilidade dimensional, fato que se repetiu às 24 horas. Esse resultado está
de acordo com o mencionado por Kelly (1977), que painéis mais densificados
apresentam geralmente uma maior instabilidade dimensional. Entretanto, inúmeros
outros aspectos podem influenciar este parâmetro, tais como, razão de
compactação, liberação de tensões geradas na prensagem, variáveis relacionadas
ao ciclo de prensagem, quantidade e qualidade de aditivos (adesivo e parafina),
dentre outros, não sendo a massa específica, isoladamente, um parâmetro
adequado para predição da estabilidade dimensional de painéis. A exemplo disso,
Nakamura e Sobral Filho (1982), não verificaram influência significativa do
aumento da massa específica sob o inchamento em espessura e a expansão linear
de painéis aglomerados.
Quadro 2- Comparações entre médias de absorção de água (AA) e inchamento em
espessura (IE), as 2 e 24
Mesmo os tratamentos de maior estabilidade dimensional obtiveram valores de
inchamento superiores aos exigidos pela norma EN 312 (1997), que estabelece o
inchamento máximo de 6 e 15% às 2 e 24 horas respectivamente, para painéis
confeccionados com adesivos uréicos (European Standards, 1997). Entretanto, a
norma de comercialização ANSI 208.1 (American National Standards Institute '
ANSI, 1987), considera aceitável até 35% de IE às 24 horas, a qual foi atendida
por todos os tratamentos avaliados. Del Menezzi et al. (1996), ao estudarem
painéis aglomerados produzidos com madeira de Pinuse Eucalyptus, também
observaram uma estabilidade dimensional considerável para painéis produzidos
com 100% da madeira de Eucalyptus urophylla.
Na Figura 5 pode ser observada a influência da massa específica dos painéis na
absorção de água e no inchamento em espessura das chapas após 24 horas de
imersão. A partir da distribuição dos dados, foram geradas equações lineares
significativas (p < 0,01) para predição dessas propriedades a partir da massa
específica dos painéis.
Figura 5- Equações ajustada para a absorção de água e o inchamento em
espessura, às 24 horas, em função da massa específica
Na absorção de água, foi observada uma tendência de redução com o aumento da
massa específica, enquanto, no inchamento em espessura, foi observado
comportamento inverso. Em estudos realizados por Albuquerque (2002) e Dacosta
et al. (2005a), também foi observado que o aumento da massa específica dos
painéis proporcionou uma menor absorção de água e um maior inchamento em
espessura. Acredita-se, que maior absorção de água em painéis de menor
densidade tenha ocorrido por existir um maior volume de espaços vazios que
possam ser ocupados por água. Já para o inchamento em espessura, painéis mais
densos têm maior material e assim a contribuição do inchamento higroscópico é
maior. Ademais, requerem também maior tensão de compressão durante a prensagem,
que são liberadas quando o painel entre em contacto com a água.
Para Suchsland (1973), a relação entre a estabilidade dimensional e a massa
específica de painéis não é bem definida. O autor destaca que diferente da
madeira sólida, que geralmente apresenta inchamento superior em madeiras mais
densas, para chapas isto não ocorre necessariamente. Vital e Wilson (1980)
destacaram em seu trabalho, que o efeito da densidade da chapa na estabilidade
dimensional do painel depende do nível de humidade a que o painel é exposto. Em
condições de baixa humidade relativa, o inchamento em espessura independe da
densidade, enquanto em exposição a altas humidades relativas aumenta com o
aumento da densidade.
Resistência mecânica
Os valores de resistência mecânica dos painéis produzidos podem ser observados
no Quadro 3. Para todas as propriedades avaliadas, o aumento da massa
específica de 0,60 para 0,80 g/cm3 proporcionou um aumento na resistência
mecânica dos painéis. Resultados semelhantes foram observados por vários
autores, dentre eles, Haselein et al. (2001), Albuquerque (2002), Hillig et al.
(2002), Dacosta et al. (2005b), Iwakiri (2005) e Iwakiri et al. (2008). Assim
como para a madeira maciça, esse comportamento é tido como padrão para chapas
confeccionadas a partir de matéria-prima e processos semelhantes (Moslemi,
1974; Maloney, 1993).
Quadro 3- Comparações entre médias do módulo de elasticidade (MOE), módulo de
ruptura (MOR), resistência ao arrancamento de parafusos (AP) e ligação interna
(LI)
Para os resultados do Módulo de Elasticidade (MOE), os valores médios variaram
entre 1.398 a 1.922 MPa. A norma ANSI A 208.1 (ANSI, 1987) apresenta como
mínimo valor requerido para esta variável 1.800 MPa, para painéis de média
densidade (0,60 a 0,85 g/cm3), tendo apenas o T3 satisfeito essa exigência. Já
para o Módulo de Ruptura (MOR), o valor requerido é de 11 MPa, condição que foi
alcançada por todos os tratamentos, que apresentaram variação de 14,62 a 18,53
MPa. A mesma norma define ainda para resistência ao arrancamento de parafuso
(AP) e ligação interna (LI) os valores mínimos de 1000 N e 0,40 MPa,
respectivamente. Nenhum dos tratamentos avaliados alcançou em valor médio estas
exigências. Haselein et al. (1989), destacaram em seus estudos que uma das
principais dificuldades de utilização da madeira de espécies do género
Eucalyptuspara manufactura de painéis, trata-se de seu inchamento excessivo e
difícil colagem das partículas (baixa resistência a ligação interna).
Além da massa específica do painel, outro factor pode ter influenciado
significativamente a resistência à flexão e à tracção perpendicular dos painéis
trata-se do gradiente vertical de densidade. Esse gradiente pode ser
influenciado pelo tipo de matéria-prima e factores relacionados à prensagem,
como tempo de prensagem, tempo de fechamento da prensa e pressão. Vital (1973),
ao estudar diferentes espécies de madeira utilizadas na manufactura de painéis
aglomerados, verificou que a resistência à flexão dos painéis foi
significativamente influenciada pela maior densificação das camadas externas
das chapas. Já para a resistência a ligação interna, foi basicamente
influenciada pela densidade da camada interna da chapa.
A relação estimada por regressão linear para os parâmetros de resistência e
rigidez dos painéis podem ser observados na Figura 6. Para ambos os casos (MOE
e MOR), foram observados elevados coeficientes de determinação (r2 = 0,81 e
0,82), o que indica que é possível estimar estas propriedades dos painéis, a
partir dos dados de massa específica, com certo nível de precisão. Iwakiri et
al. (2008), também observaram elevadas correlações para MOE e MOR em flexão
estática e compressão paralela, de painéis produzidos com madeira de Pinusspp.
e resina â base de ureia-formaldeído.
Figura 6- Equações ajustadas para o MOE e MOR obtido por ensaio de flexão
estática em função da massa específica
Na Figura 7 podem ser observadas as relações entre a massa específica com as
variáveis de resistência ao arrancamento (AP) de parafuso e ligação interna
(LI) dos painéis. Para esses casos, a AP apresentou uma boa relação com massa
específica dos painéis (r2 = 0,73). Já para a LI foi observado que menos da
metade da variação desta variável pode ser explicada pela massa específica.
Figura 7- Equações ajustadas para resistência ao arrancamento de parafuso e
ligação interna, em função da massa específica
Zhow (1990) ao estudar a influência da massa específica de painéis em suas
propriedades físico-mecânicas, verificou que painéis de maior massa específica
apresentam maior resistência mecânica e menor estabilidade dimensional.
Albuquerque (2002) encontrou resultados similares, mas, observou uma menor
absorção de água para painéis de maior densidade. Iwakiri et al. (2008) também
verificaram altas correlações entre a massa específica e a resistência mecânica
de chapas aglomeradas, com excepção a ligação interna, que dentre os parâmetros
estudados, foi o único em que não se obteve alta correlação.
Marra (1992), destaca ainda que quanto maior a massa específica do painel,
maior deverá ser a quantidade de adesivo a ser aplicada. Isso se torna
necessário, pois chapas mais densificadas apresentam maiores quantidades de
partículas e, consequentemente, necessitam de mais adesivo para proporcionar
uma colagem de qualidade.
Conclusões
A partir dos valores de massa específica dos painéis, para o intervalo
estudado, foi possível gerar equações significativas para estimativa das
propriedades físico-mecânicas das chapas. Os parâmetros obtidos pelo ensaio de
flexão estática, MOR e MOE, aliada a resistência ao arrancamento de parafuso,
foram os que melhor se relacionaram com a massa específica. As propriedades
físicas dos painéis, dimensionadas pelos ensaios de absorção de água e
inchamento em espessura, e a resistência à colagem das partículas (ligação
interna), obtiveram coeficientes de determinação relativamente baixos,
indicando que outras variáveis além da massa específica influenciam essas
variáveis.
