Características mecânicas e higroscópicas de compósitos de juta utilizando tratamento químico e hibridização com vidro e carbono

Abstract

Este estudo se dedica à investigação de compósitos laminados de fibra natural para a aplicação em instrumentos musicais, explorando a combinação de juta com fibras sintéticas como o vidro e o carbono em compósitos com resina de poliéster. A pesquisa ainda aborda três tratamentos químicos distintos aplicados aos tecidos de juta: hidróxido de sódio, peróxido de hidrogênio e ácido peracético. Os compósitos foram obtidos por infusão a vácuo e RTM. Os resultados mostraram que esses tratamentos promovem aumentos significativosem diferentes propriedades mecânicas dos compósitos laminados, tornando-os mais adequados para aplicações musicais. Ainda assim, uma vez que tais tratamentos implicam em operações unitárias adicionais, optou-se por descontinua-los das etapas subsequentes do trabalho. Além disso, com base em resultados obtidos para nove sequências diferentes de empilhamento, a hibridização dos compósitos naturais com fibras de vidro e carbono possibilitou personalizar as propriedades mecânicas dos laminados. Além disso, os resultados indicam que a hibridização gera laminados com propriedades intermediárias, possibilitando ajustes de resistência, rigidez e absorção de água para atender a diversas necessidades musicais. A análise microscópica revelou uma elevada presença de vazios nas regiões de interação das fibras de juta e da resina. Também, a variação da espessura dos laminados foi influenciada pelo número de interfaces híbridas, com laminados de menor espessura sendo obtidos para os laminados bi componentes de vidro ou carbono. Laminados unidirecionais furados demonstraram perdas de propriedades em tração e flexão em relação aos laminados não furados, exceto a rigidez em flexão. Verificou-se que uso de compósito laminado híbrido juta/vidro em violões oferece uma excelente escolha para músicos que buscam qualidade sonora e aparência atraente. Com propriedades mecânicas superiores aos materiais atualmente difundidos no mercado, esses violões podem ser utilizados por músicos de diferentes níveis de habilidade.

This study is dedicated to the investigation of laminated natural fiber composites for application in musical instruments, exploring the combination of jute with synthetic fibers such as glass and carbon in composites with polyester resin. The research also addresses three distinct chemical treatments applied to jute fabrics: sodium hydroxide, hydrogen peroxide, and peracetic acid. The composites were obtained through vacuum infusion and RTM (Resin Transfer Molding). The results showed that these treatments promote significant increases in different mechanical properties of laminated composites, making them more suitable for musical applications. Nevertheless, since such treatments involve additional unit operations, it was decided to discontinue them from the subsequent stages of the work. Additionally, based on results obtained for nine different stacking sequences, the hybridization of natural composites with glass and carbon fibers allowed for the customization of the mechanical properties of laminates. Furthermore, the results indicate that hybridization produces laminates with intermediate properties, enabling adjustments in strength, stiffness, and water absorption to meet various musical needs. Microscopic analysis revealed a high presence of voids in the interaction regions of jute fibers and resin. Also, the variation in laminate thickness was influenced by the number of hybrid interfaces, with thinner laminates obtained for the glass or carbon bi-component laminates. Drilled unidirectional laminates showed property losses in tension and flexure compared to undrilled laminates, except for flexural stiffness. It was found that the use of jute/glass hybrid laminated composite in guitars offers an excellent choice for musicians seeking sound quality and attractive appearance. With superior mechanical properties compared to materials currently available in the market, these guitars can be used by musicians of varying skill levels.