CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DE COMPÓSITOS HÍBRIDOS COM REFORÇOS DE FIBRAS NATURAIS

Abstract

Mechanical characterization of natural hybrid reinforced composites. The need for lighter and renewable materials puts emphasis on the study of alternative reinforcements for fiber-reinforced composites. Natural fibers have the potential to cover these needs, offering a reinforcement with good mechanical properties with a low energy expenditure, both to produce and to recycle. However, these materials have clear limitations on their use, especially when applied to polymer matrices due to inherent properties, compromising applications in structural areas. In order to mitigate such limiting characteristics, one makes use of superficial chemical treatments and layer configuration. The main objective of this work was to investigate the effect of hybridization and the effect of chemical treatments on the mechanical properties of intralaminar natural fibres hybrid composite. Jute, sisal, curauá and ramie fibres were selected as natural reinforcements. The hybrid composites (jute + sisal, jute+ curauá, jute + ramie, plain jute and jute + fibreglass) with an epoxy-based matrix were produced by hand layup. Tensile, flexural and impact tests were carried out according to ASTM standards. It was found that jute + sisal natural hybrid composite presented better overall mechanical properties then the jute + fibreglass hybrid composite, making the sisal a viable option in substituting fibreglass in hybrid composites. A scanning electron microscopy (SEM) was used study the fracture surface of the tested specimens, confirming failure through delamination and fibre fracture. Finally, the mechanical properties of the hybrid composites were determined by theoretical and semi-empirical analytical methods and compared to the experimental results.

A necessidade de materiais mais leves e renováveis bota em foco o estudo de reforços alternativos para compósitos reforçados com fibras. As fibras naturais têm potencial de cobrir essas necessidades, oferecendo um reforço com boas propriedades mecânicas com um baixo gasto energético, tanto para produzir quanto para reciclar. Porém estes materiais apresentam claras limitações quanto ao seu uso, em especial quando se aplicando a matrizes poliméricas, devido a propriedades inerentes, comprometendo aplicações em áreas estruturais. A fim de mitigar tais características limitantes se faz uso de tratamentos químicos superficiais e configuração das lâminas. O objetivo principal deste trabalho foi investigar o efeito da hibridação intralaminar, uma configuração pouco comum na literatura, e o efeito de tratamentos químicos nas propriedades mecânicas de compósitos híbridos intralaminares de fibras naturais. As fibras de juta, sisal, curauá e rami foram selecionadas como reforços naturais. Os compósitos híbridos (juta + sisal, juta + curauá, juta + rami, juta pura e juta + fibra de vidro) com matriz epóxi foram produzidos por Hand layup. Testes de tração, flexão e impacto foram realizados de acordo com os padrões da ASTM. Verificou-se que o compósito híbrido natural de juta + sisal apresentou melhores propriedades mecânicas, em geral, do que o compósito híbrido juta + fibra de vidro, tornando o sisal uma opção viável na substituição de fibra de vidro em compósitos híbridos. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi usada para estudar a superfície da fratura dos espécimes testados, confirmando falhas por delaminação e ruptura das fibras. Finalmente, as propriedades mecânicas dos compósitos híbridos foram determinadas por métodos analíticos teóricos e semi-empíricos e comparadas com os resultados experimentais.