INFLUÊNCIA DE TRATAMENTOS SUPERFICIAIS EM COMPÓSITOS HÍBRIDOS REFORÇADOS COM FIBRAS NATURAIS
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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA CELSO SUCKOW DA FONSECA
Resumo
Influence of surface treatments on hybrid composites reinforced with natural fibers The use of natural fibers for the production of composite materials has gained increasing prominence in the industrial and academic research, due to the low levels of energy consumption during the production of these materials. In addition, they are less aggressive to the environment and are partially to totally biodegradable. However, the application of natural fibers in composite materials of polymer matrices has limitations due to the low resistance of this type of fibers and low interfacial adhesion between the fibers and the polymer matrix compromising the mechanical properties of the final product. In this way, several researches were carried out to improve the adhesive properties between the fibers / matrix interface of the composites reinforced with natural fibers using chemical treatments on the surface of the fiber. The use of interlaminar hybrid composites, that is, with layers of different types of fibers (natural and / or synthetic) in order to increase the strength of the laminate was also studied. However, few studies focused on the use of intraply hybrid composites, that is, layers with different types of fibers braided together. The main purpose of this study was to verify the influence of chemical treatments of alkalization and silanization on the interfacial shear bond strength of jute, curauá and rami fibers in polymer matrices used in the manufacture of jute + rami, jute + curauá and jute + fiberglass composites. For this purpose, the pull out test, fragmentation test and short beam-three point-bending test were performed to evaluate the resistance of real and apparent fiber / matrix interfacial shear. An optical and electronic scanning microscopy analyses was done in order to examine the fracture surfaces of the specimens tested. The results of pull out presented great dispersion and little effectiveness in the determination of interfacial shear fiber / matrix of the studied cases. The results of the fragmentation test presented better results regarding the interfacial adhesion of the studied composites and a greater reproducibility of the specimens. The short beam test evaluated the behavior of the hybrid composite in terms of crack propagation and fiber delamination until its rupture. All the tests presented similar results proving the efficiency of superficial chemical treatments in the improvement of the interfacial adhesion and the mechanical properties of the hybrid composites, besides the reduction of voids formation.
Influência de tratamentos superficiais em compósitos híbridos reforçados com fibras naturais A utilização de fibras naturais para a produção de materiais compósitos tem ganhado cada vez mais destaque no âmbito industrial e acadêmico, devido ao baixo consumo de níveis energéticos para a produção destes materiais. Além de serem menos agressivos ao meio ambiente e, parcialmente a totalmente, biodegradáveis. Porém, a aplicação de fibras naturais em materiais compósitos de matrizes poliméricas apresenta limitações devido à baixa resistência deste tipo de fibras e à baixa adesão interfacial entre as fibras e a matriz polimérica comprometendo as propriedades mecânicas do produto final. Dessa forma, diversas pesquisas foram realizadas a fim de melhorar as propriedades adesivas entre a interface fibra/matriz dos compósitos reforçados com fibras naturais através da utilização de tratamentos químicos na superfície da fibra; e sobre a utilização de compósitos híbridos interlaminares, ou seja, com camadas de diferentes tipos de fibras (naturais e/ou sintéticas) com o intuito de aumentar a resistência do laminado. Entretanto, poucos estudos focaram na utilização de compósitos híbridos intralaminares, ou seja, camadas com diferentes tipos de fibras trançadas entre si. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo verificar a influência dos tratamentos químicos de alcalinização e silanização na resistência ao cisalhamento interfacial das fibras de juta, curauá e rami em matrizes poliméricas, utilizadas na fabricação de compósitos híbridos intralaminares do tipo juta+ rami, juta+ curauá e juta+ fibra de vidro. Para tal foram realizados os testes de pull out, fragmentation test e short beam -teste de flexão em três pontos, com a finalidade de avaliar a resistência ao cisalhamento interfacial real e aparente. Em seguida foi realizada uma análise em microscopia ótica e eletrônica de varredura a fim de caracterizar as superfícies de fratura dos corpos de prova. Os resultados de pull out apresentaram grande dispersão e pouca efetividade na determinação do cisalhamento interfacial fibra/matriz dos casos estudados. Já os resultados do fragmentation test apresentaram melhores resultados referentes a adesão interfacial dos compósitos estudados e uma maior reprodutibilidade dos corpos de prova. Com o ensaio de short beam avaliou-se o comportamento do compósito híbrido quanto a propagação de trincas e delaminação das fibras até a sua ruptura. Todos os ensaios apresentaram resultados similares comprovando a eficiência de tratamentos químicos superficiais na melhora da adesão interfacial e das propriedades mecânicas dos compósitos híbridos, além da redução da formação de vazios.
Influência de tratamentos superficiais em compósitos híbridos reforçados com fibras naturais A utilização de fibras naturais para a produção de materiais compósitos tem ganhado cada vez mais destaque no âmbito industrial e acadêmico, devido ao baixo consumo de níveis energéticos para a produção destes materiais. Além de serem menos agressivos ao meio ambiente e, parcialmente a totalmente, biodegradáveis. Porém, a aplicação de fibras naturais em materiais compósitos de matrizes poliméricas apresenta limitações devido à baixa resistência deste tipo de fibras e à baixa adesão interfacial entre as fibras e a matriz polimérica comprometendo as propriedades mecânicas do produto final. Dessa forma, diversas pesquisas foram realizadas a fim de melhorar as propriedades adesivas entre a interface fibra/matriz dos compósitos reforçados com fibras naturais através da utilização de tratamentos químicos na superfície da fibra; e sobre a utilização de compósitos híbridos interlaminares, ou seja, com camadas de diferentes tipos de fibras (naturais e/ou sintéticas) com o intuito de aumentar a resistência do laminado. Entretanto, poucos estudos focaram na utilização de compósitos híbridos intralaminares, ou seja, camadas com diferentes tipos de fibras trançadas entre si. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo verificar a influência dos tratamentos químicos de alcalinização e silanização na resistência ao cisalhamento interfacial das fibras de juta, curauá e rami em matrizes poliméricas, utilizadas na fabricação de compósitos híbridos intralaminares do tipo juta+ rami, juta+ curauá e juta+ fibra de vidro. Para tal foram realizados os testes de pull out, fragmentation test e short beam -teste de flexão em três pontos, com a finalidade de avaliar a resistência ao cisalhamento interfacial real e aparente. Em seguida foi realizada uma análise em microscopia ótica e eletrônica de varredura a fim de caracterizar as superfícies de fratura dos corpos de prova. Os resultados de pull out apresentaram grande dispersão e pouca efetividade na determinação do cisalhamento interfacial fibra/matriz dos casos estudados. Já os resultados do fragmentation test apresentaram melhores resultados referentes a adesão interfacial dos compósitos estudados e uma maior reprodutibilidade dos corpos de prova. Com o ensaio de short beam avaliou-se o comportamento do compósito híbrido quanto a propagação de trincas e delaminação das fibras até a sua ruptura. Todos os ensaios apresentaram resultados similares comprovando a eficiência de tratamentos químicos superficiais na melhora da adesão interfacial e das propriedades mecânicas dos compósitos híbridos, além da redução da formação de vazios.