Avaliação comparativa de compósitos unidirecionais de poliéster com fibras de vidro ou de curauá

Abstract

O entendimento das características de compósitos com fibras naturais pode promover o seu uso a ponto de sugerir sua aplicação no lugar de compósitos reforçados com fibras sintéticas. Este trabalho busca embasar essa alternativa através da comparação do comportamento mecânico de compósitos unidirecionais de matriz poliéster isoftálica reforçada com fibras de curauá e reforçada com fibras de vidro. Os compósitos foram produzidos na forma de lâminas finas com teor de fibra de 20% onde se variou o ângulo do reforço (0º, 15º, 30º, 45º, 60º, 75º e 90º) com o objetivo de estudar o efeito de orientação da fibra nas suas propriedades. Foram moldados compósitos variando-se o teor volumétrico de fibras (10 %, 20 %, 30 %, 40 % e 50 %) a fim de avaliar a quantidade ótima de reforço em cada lâmina; a eficiência de um tratamento alcalino (5 % em peso de NaOH) na superfície das fibras de curauá também foi avaliada afim de se observar o ganho em resistência mecânica dos compósitos. Todos os compósitos unidirecionais foram caracterizados por meio de ensaios de tração, flexão e cisalhamento short-beam. As propriedades das lâminas reforçadas com fibra de curauá ou com fibra de vidro também foram estudadas utilizando-se as teorias da micromecânica disponíveis em softwares comerciais. As fibras de curauá tratadas com a solução alcalina produziram compósitos com maior resistência à tração quando comparados aos compósitos de curauá sem o tratamento devido a melhor interação com a matriz. A variação do ângulo de reforço mostrou o quão dependente são a resistência e o módulo dos compósitos reforçados com fibra de curauá ou vidro em relação à orientação das fibras. O efeito da orientação da fibra foi mais pronunciado em compósitos reforçados com fibra de vidro. Por último, embora os compósitos reforçados com fibra de vidro sejam mais resistentes que aqueles com fibra de curauá, os resultados para ângulos maiores que 45° foram considerados similares, equiparando as duas fibras nessas condições.

The understanding of natural fibers composites can promote its use. This work aims in compare the behavior of unidirectional polyester matrix composites reinforced with curaua fibers and reinforced with glass fiber. The composites were produced in the shape of a thin sheet where was varied the reinforcement angle (0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90°) with the objective of studying the fiber orientation effect on composite properties. For this study was also mold composites varying the fiber volume fraction (10 %, 20 %, 30 %, 40 % and 50 %) in order to evaluate the best amout of reinforcement in each composite sheet and the efficiency of an alkaline treatment (5 % NaOH) at the curaua fiber surface. All the unidirectional composites were characterized using tensile, flexural and short-beam tests according to ASTM standards. The composites reinforced sheet properties with either glass or curaua fibers were also studied using theoretical micromechanical approach available in commercial software. Curaua fibers treated with alkaline solution produced higher tensile strength results compared with untreated fibers. As expected, the increase in reinforcement angle significantly decreased strength and modulus of curaua reinforcement composites as in glass reinforcement composites. The effect of fiber orientation was more relevant in the glass fiber composites. At last, although the glass fiber composites indicate higher strenght than curaua fiber composites, the results for higher angles (> 45°) were considered similar for both fibers in this conditions.