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Quando em serviço, falhas em compósitos termoplásticos reforçados com fibras de vidro são normalmente atribuídas ao envelhecimento dos materiais no seu ambiente particular, causado através de uma combinação dos efeitos de calor, luz, água e tensões mecânicas sobre o material. Vários estudos têm demonstrado a influência do efeito combinado de absorção de água (umidade) e da temperatura durante ensaios de envelhecimento higrotérmico, nas propriedades físicas e mecânicas de materiais compósitos [49].

Em compósitos de PP/PP-g-MAH/FV, apesar da natureza apolar da matriz, a integridade da interface fibra-polímero poderá ser comprometida pela introdução de polaridade através do compatibilizante que possui grupamentos MAH polares. O ataque à interface fibra-polímero pode levar ao desacoplamento interfacial e, consequentemente, à rápida deterioração das propriedades mecânicas do compósito na presença de umidade.

Em nosso grupo de pesquisa, M. C. A. Cruz e colaboradores 3 estudaram as influências da concentração do compatibilizante de PP-g-MAH, na integridade da interface fibra-polímero em compósitos de PP/PP-g-MAH/FV sujeitos a ensaio de envelhecimento higrotérmico. Foram realizados ensaios de resistência à tração (RT) e ao impacto (RI).

Com o aumento no teor do compatibilizante aumentou-se a RT dos compósitos até uma concentração mínima critica de compatibilizante, acima da

qual esta propriedade tende a se nivelar. Acima da concentração ótima do compatibilizante, a curva para os dois compósitos nivelam em valores praticamente iguais.

Isolando-se as influências dos efeitos de cristalização e degradação térmica da matriz nas propriedades do compósito, através da propriedade relativa de RT do compósito em relação à da matriz, observou-se que o envelhecimento higrotérmico contribuiu para a deterioração nas propriedades de RT do compósito. Esta deterioração, aumenta com o aumento do tempo de envelhecimento. Para tempos de envelhecimento longos, a mínima deterioração na resistência à tração relativa ocorreu na concentração ótima do compatibilizante, acima da qual existe uma leve redução na resistência à tração que possivelmente se deve a formação de uma interfase espessa do copolímero de PP-g-siloxano essencialmente polar, propenso à degradação hidrolítica e contribuindo assim para degradação das propriedades mecânicas em longos períodos de envelhecimento. Em concentrações inferiores à ótima, foi observada uma queda mais acentuada na resistência, a qual pode ser atribuída à deterioração da interfase fibra-polímero pela ação de água difundida por capilaridade. Comportamentos semelhantes foram verificados para os resultados de resistência ao impacto (RI) para os compósitos não envelhecidos e envelhecidos.

A. Bergeret e colaboradores [49] estudaram a influência do envelhecimento higrotérmico por imersão em água, a diferentes temperaturas, nas propriedades mecânicas de compósitos termoplásticos reforçados com fibras de vidro. Utilizaram-se três matrizes termoplásticas higroscópicas: a Poliamida 66 (PA66), Poli(tereftalato de etileno) (PET) e Poli(tereftalato de butileno) (PBT). Os resultados forneceram informações sobre a forma segundo a qual a temperatura de envelhecimento, o tipo de matriz e o tratamento superficial da fibra de vidro influenciam na taxa de absorção de água e nas propriedades de resistência a tração e ao impacto.

Analisando a influência da temperatura de envelhecimento, foi observado que a taxa de absorção de água aumenta com o aumento do tempo de exposição, tendendo para um valor assintótico que aumenta com o aumento

da temperatura de envelhecimento. Segundo os autores, isso pode ser explicado pela mais fácil difusividade da água dentro do material conforme se aumenta a temperatura. Para as propriedades mecânicas testadas após o envelhecimento, os resultados mostraram uma drástica diminuição nas propriedades de resistência à tração e ao impacto, de acordo com a natureza da matriz, ocasionadas pela inserção de moléculas de água. No geral, a taxa com que ocorre a diminuição nas propriedades aumenta com o aumento da temperatura de envelhecimento.

Para a influência do tipo de matriz, observou-se que a cristalinidade da matriz é o principal fator para explicar a diferença na taxa de absorção de água, uma vez que água difunde por regiões amorfas do polímero. Comparativamente, as matrizes com menor cristalinidade apresentam uma maior taxa de absorção de água, independentemente do nível de carregamento em fibras de vidro. Para as propriedades mecânicas, os resultados mostraram que dependendo da natureza da matriz os mecanismos de envelhecimento parecem ser diferentes, sendo que os efeitos do envelhecimento químico, sofrido pela matriz ao longo do tempo, são responsáveis pela drástica queda nas propriedades.

Para a influência do tratamento superficial da fibra, foi observado que a taxa de absorção de água diminuiu quando na utilização da fibra tratada. Para as propriedades mecânicas, os resultados mostraram que a melhora da adesão interfacial observada para os compósitos com a fibra tratada, tem como resultado uma menor queda nas propriedades com o tempo de envelhecimento em relação aos compósitos com a fibra sem um tratamento especifico.

M. M. Thwe & K. Liao [46] estudaram a influência da absorção de umidade e da temperatura nas propriedades mecânicas de compósitos de polipropileno reforçado com fibras de bambu (BFRP) e compósitos híbridos de polipropileno reforçado com fibras de vidro e de bambu (BGRP) sujeitos ao envelhecimento higrotérmico.

As propriedades mecânicas foram caracterizadas pela resistência e módulo elástico de tração, onde se observou em ambos os casos e para os dois tipos de compósitos (BFRP e BGRP) uma diminuição após

envelhecimento em água tanto a 25ºC, quanto a 75ºC, sendo que a taxa com que ocorre esta redução depende do tempo e da temperatura de envelhecimento. Observou-se também que envelhecimento higrotérmico não tem um efeito notável nas propriedades de tração das amostras de PP matriz (puro, i.é., sem a presença do compatibilizante PP-g-MAH), dentro da variação de temperatura e do tempo de envelhecimento deste estudo, possivelmente relacionado à natureza hidrofóbica do polímero.

Além disso, observou-se que os compósitos híbridos de BGRP apresentam melhor resistência ao envelhecimento higrotérmico do que os compósitos de BFRP, de acordo com os valores encontrados para resistência à tração e módulo elástico. A introdução do compatibilizante interfacial ao sistema resultou numa melhora da adesão interfacial entre fibra e matriz, reduzindo a absorção de umidade e consequentemente aumentando as propriedades de resistência à tração e módulo elástico dos compósitos.

Q. LIN e colaboradores [50] estudaram a influência da absorção de umidade e temperatura nas propriedades mecânicas de compósitos de polipropileno carregados com pó de madeira, submetidos ao envelhecimento higrotérmico por imersão em água a três diferentes temperaturas.

Devido à presença de hidróxido e outros grupos polares nos constituintes do pó de madeira, torna-se necessário um tratamento superficial para melhorar a compatibilidade entre o pó de madeira hidrofílico e o polipropileno hidrofóbico. O estudo envolveu tanto a utilização do pó de madeira tratado, como também o não tratado, na constituição dos compósitos.

Os resultados para a absorção de umidade mostraram que existe uma dependência entre a taxa de absorção de umidade, o tratamento interfacial do pó de madeira e a temperatura de imersão para o ensaio de envelhecimento. A taxa de absorção diminui com uma melhora da adesão interfacial, ou seja, o uso de adequados agentes de acoplagem, ou de compatibilização interfacial neste sistema, favorece a formação de ligações interfaciais, diminuindo as lacunas e falhas na interface fibra-polímero e, consequentemente, diminuindo a absorção de umidade. Em qualquer um dos tempos de envelhecimento utilizados, pôde-se observar que a taxa de absorção de umidade é fortemente

influenciada pela temperatura de imersão, aumentando com o aumento da temperatura.

A análise das propriedades mecânicas indicou que a resistência à tração de todos os compósitos estudados aumentou em diferentes intensidades com o tempo de imersão em água nas variadas temperaturas. Isso foi explicado pelo recozimento sofrido pela matriz e pela melhora da resistência do pó de madeira após imersão. Para a resistência à flexão e o módulo elástico quando medidos após imersão em água à temperatura ambiente, os resultados seguiram um comportamento similar à resistência à tração. Entretanto, quando imersos em temperaturas de 60 e 100 ºC foi observado um comportamento inverso, ou seja, a propriedade diminui com o aumento do tempo de imersão. Por fim, para a resistência ao impacto, observou-se um aumento após imersão em água para as três temperaturas em estudo, sendo que maiores valores foram obtidos para menores temperaturas.

D. J. Lee & I. S. Lee [51] estudaram os efeitos da absorção de umidade e temperatura nas propriedades mecânicas de compósitos de Nylon reforçado com fibras de vidro curtas sujeitos ao envelhecimento higrotérmico em solução aquosa de NaCl. Os resultados fornecem informações sobre a forma segundo a qual a temperatura de envelhecimento, concentração de fibra no compósito e concentração de NaCl na solução influenciam na taxa de absorção de umidade e, consequentemente, nas propriedades mecânicas.

A análise dos resultados relatados nos trabalhos citados acima mostra que a utilização de um sistema de compatibilização polar, tal como o que será utilizado, em matrizes apolares como o caso do PP, traz como conseqüência a absorção de umidade pelo compósito. Há um consenso entre os trabalhos no sentido de que a difusão de água em compósitos poliméricos é maior quanto maior for a temperatura, e tem como principal conseqüência a redução no desempenho mecânico do material.

Estas propriedades mecânicas, as quais refletem diretamente no desempenho final do compósito, podem ser melhoradas através da introdução de uma carga mineral de barreira. Perspectivas bastante promissoras giram em torno da utilização de nanoargilas como a Montmorilonita. Entretanto, para que

se obtenha uma efetiva melhora propriedades de barreira, é importante que se alcance certo grau de intercalação/esfoliação.

3.2 Processamento e Propriedades de Curta Duração de