Compósitos híbridos de resina poliéster insaturado reforçados com fibras de sisal/vidro obtidos pelo processo de infusão a vácuo

Abstract

RESUMO: O interesse de pesquisas em desenvolver soluções alternativas para substituir as fibras sintéticas convencionais por fibras naturais nos compósitos se dá em virtude dos diversos benefícios possíveis do uso destas fibras, tais como baixo custo, baixa densidade, elevada resistência específica e elevada disponibilidade, embora apresente característica higroscópica e seja de difícil reprodutibilidade na produção. Com isso, diversas fibras naturais são utilizadas atualmente em compósitos de matriz polimérica e são foco de muitos trabalhos científicos, sendo que dentre elas destaca-se a fibra de sisal (Agave sisalana). O objetivo deste trabalho foi produzir compósitos híbridos de resina poliéster insaturado do tipo orto-tereftálica proveniente da glicólise de PET reciclado, reforçados com fibras de sisal/vidro obtidos pelo processo de infusão a vácuo. Os compósitos foram produzidos com 3 camadas de fibras, sendo que o volume de cada camada foi fixado e a quantidade de resina utilizada foi a mesma. Além disso, a disposição das camadas de fibras de sisal (S) e vidro (V) foi modificado em relação ao posicionamento no molde rígido (|), formando as propostas |VVV (F0), |VSV (F1), |SVV (F2), |VSS (F3), |SVS (F4) e |SSS (F5). Nos compósitos foram realizadas as análises de densidade relativa, absorção de umidade, resistência à tração, resistência à flexão, resistência ao impacto e microscopia eletrônica de varredura (MEV), tendo como referência a formulação |VVV (F0). Além disso, foram realizadas as análises térmicas simultâneas (TGA/ DSC) para a fibra de sisal e a resina poliéster insaturado utilizadas. Nos resultados apresentados, à medida que foram acrescentadas fibras de sisal nos compósitos, a densidade relativa diminuiu em até 23% e a absorção de umidade atingiu até 10,41%, sendo possível observar influência da disposição das camadas nos resultados. Já para os resultados dos testes mecânicos de tração, flexão e impacto foi observado que as propriedades diminuíram à medida que as fibras de sisal foram adicionadas, exceto nos resultados de deformação máxima no ensaio de flexão das formulações |SVV (F2), |VSS (F3) e |SVS (F4) que apresentaram aumento significativo. Além disso, para o módulo específico em flexão e resistência máxima específica, a formulação |VSV (F1) alcançou resultados de 145,8 MPa e 6,5 GPa em comparação aos resultados da referência de 147,3 MPa e 6,2 GPa, se evidenciando como uma potencial formulação alternativa. Das análises do MEV foi possível observar alguns defeitos na direção da espessura de todas as formulações produzidas, possivelmente provenientes das condições de processo adotadas e da umidade presente nas fibras de sisal, o que afetou negativamente os resultados das propriedades mecânicas e absorção de umidade. Com os resultados deste trabalho foi possível obter algumas propostas de formulações de compósitos híbridos, como a |VSV (F1), que atingiram propriedades próximas ou equivalentes às do compósito de referência e que se mostraram como potenciais alternativas para substituir os compósitos convencionais com fibra de vidro.

ABSTRACT: The research interest in developing alternative solutions to replace conventional synthetic fibers by natural fibers in composites is due to the several possible benefits of using these fibers, such as low cost, low density, high specific strength and high availability, although they present hygroscopic characteristics and are difficult to reproduce in production. With this, several natural fibers are currently used in polymer matrix composites and are the focus of many scientific works, among which the sisal fiber (Agave sisalana) stands out. The objective of this work was to produce hybrid composites of unsaturated polyester resin of the ortho-terephtalic type from the glycolysis of recycled PET, reinforced with sisal/glass fibers obtained by the vacuum infusion process. The composites were produced with 3 layers of fibers, the volume of each layer was fixed and the amount of resin used was the same. Moreover, the arrangement of the sisal (S) and glass (V) fiber layers was modified in relation to the positioning in the rigid mold (|), forming the proposals |VVV (F0), |VSV (F1), |SVV (F2), |VSS (F3), |SVS (F4), and |SSS (F5). The composites were analyzed for relative density, moisture absorption, tensile strength, flexural strength, impact strength and scanning electron microscopy (SEM), with the |VVV (F0) formulation as reference. In addition, simultaneous thermal analyses (TG/ DSC) were performed for the sisal fiber and unsaturated polyester resin used. In the results presented, as sisal fibers were added to the composites, the relative density decreased up to 23% and the moisture absorption reached up to 10.41%, being possible to observe the influence of the layer arrangement on the results. For the results of the mechanical tests of tensile, flexural and impact it was observed that the properties decreased as sisal fibers were added, except in the results of maximum deflection in the flexural test of formulations |SVV (F2), |VSS (F3) and |SVS (F4) that showed a significant increase. Moreover, for the specific modulus in flexural and maximum specific strength, the formulation |VSV (F1) achieved results of 145.8 MPa and 6.5 GPa in comparison to the reference results of 147.3 MPa and 6.2 GPa, evidencing itself as a potential alternative formulation. From the SEM analyses it was possible to observe some defects in the direction of the thickness of all formulations produced, possibly from the process conditions adopted and the moisture present in the sisal fibers, which negatively affected the results of mechanical properties and moisture absorption. With the results of this work it was possible to obtain some proposed formulations of hybrid composites, such as the |VSV (F1), which reached properties close or equivalent to those of the reference composite and which showed themselves as potential alternatives to replace conventional glass fiber composites.