Desenvolvimento de compósitos poliméricos com fibras de curauá e híbridos com fibras de vidro

Abstract

Atualmente na engenharia de materiais observa-se um revigoramento da busca por materiais oriundos de fontes renováveis. O uso de fibras vegetais reforçando polímeros, por exemplo, representa uma alternativa na substituição parcial de fibras de vidro em compósitos. O curauá é uma planta legitimamente brasileira, de fácil cultivo e processamento, que produz fibras de ótimo desempenho mecânico. Neste trabalho, fibras de curauá foram caracterizadas e foi definido um processo simples para a limpeza (lavagem e secagem), a seleção e o corte das fibras in natura. Então, desenvolveu-se uma metodologia para a fabricação de mantas. Compósitos de matriz poliéster isoftálica foram moldados por compressão à quente com mantas provenientes de diferentes pré-tratamentos (in natura, secagem e lavagem/secagem). Também foram moldados compósitos com fibras de diferentes comprimentos (10, 20, 30, 40, 50 mm), frações volumétricas (%Vf = 10, 20, 30 e 40%) e com diferentes espessuras (3,15, 4,80 e 6,45 mm) Finalmente, foram moldados compósitos híbridos, com um teor variável das fibras constituintes (curauá/vidro). Utilizou-se então ensaios de tração, flexão, impacto, short beam e dureza Barcol para a caracterização dos compósitos. Foi constatada a importância dos processos de lavagem, secagem e seleção das fibras para o incremento das propriedades mecânicas do compósito. O aumento do comprimento das fibras dentro do intervalo pesquisado produziu melhores propriedades mecânicas nos compósitos. Já a resistência short beam não aumentou com o comprimento da fibra, somente com a fração volumétrica de fibras. Com o aumento do teor de fibras de curauá, obteve-se um incremento da resistência ao impacto além das resistências e módulos de tração e flexão. No entanto, observou-se uma redução gradativa nos resultados de dureza Barcol. Com comprimento de fibra de 50 mm e %Vf = 40%, foram obtidos os melhores resultados. Com relação aos compósitos híbridos, notou-se que o ajuste das propriedades mecânicas pode ser realizado pelo controle do teor das fibras (curauá/vidro), de acordo com a aplicação pretendida para o material. Substituindose 25% das fibras de vidro por curauá obteve-se um ótimo resultado, pois ocorreu apenas uma leve redução na resistência mecânica. As fibras de curauá apresentaram limitações quando usadas em materiais compósitos, mesmo assim possuem muitas características desejáveis, que permitem essa aplicação.

The search for a greater use of renewable materials is on the rise again. The use of vegetal fibres to reinforce polymers, for instance, represents an alternative for the partial substitution of glass fibres in composites. Curauá is a genuinely Brazilian plant, of easy cultivation and processing, which produces fibres with excellent mechanical performance. In this work, the curauá fibres were characterized (density, morphology and thermogravimetry), and a simple and effective process for cleaning (washing and drying), selecting and cutting of the raw fibres was defined. Then, a methodology for producing fibre mats was proposed. Isophthalic polyester matrix composites were moulded via hot compression with the mats produced with fibres from different pre-treatments (as received, drying and washing/drying). Composites with fibres of variable length (10, 20, 30, 40, 50 mm), distinct fiber volume fraction (%Vf = 10, 20, 30 e 40%) or with different thickness (3.15, 4.80 e 6.45 mm) were also molded. Finally, hybrid composites were moulded using a variable relative volume content of the constituent fibres (curaua/glass) and an overall constant fiber content. Tensile, flexural, impact, short beam and Barcol hardness tests were used for the characterization of the composites. The washing, drying and selection of the fibres were found important to increase the mechanical properties of the composites. The increase in fibre length increased the mechanical properties of the composites.Regarding short beam strength, the fibre length did not exert a significant influence on it, although it increased with the fibre volumetric fraction. An increase in impact strength, tensile and flexural strength and modulus and a gradual decrease in Barcol Hardness were found when increasing the curauá fibre volume fraction. Regarding the hybrid composites, the results showed that the mechanical properties can be adjusted by controlling the ratio of fibre content (curaua/glass), according to the intended application of the final material. In this study, the curaua fibres presented some limitations when used in composite materials, yet having many advantages that allow this application.