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Title in Portuguese: Investigação das propriedades mecânicas dos compósitos de resina poliéster insaturada reforçados com fibras de bambu natural e modificadas superficialmente
Title: Investigation of the mechanical properties of the unsaturated polyester resin composites reinforced with natural and superficially modified bamboo fibers
Author: Buson, Raianne Ferreira
Advisor(s): Deus, Ênio Pontes de
Keywords: Ciência dos materiais
Fibras
Compósitos poliméricos
Bambu
Mechanical characterization
Bamboo fiber
Composites
Issue Date: 18-Jun-2018
Citation: BUSON, Raianne Ferreira. Investigação das propriedades mecânicas dos compósitos de resina poliéster insaturada reforçados com fibras de bambu natural e modificadas superficialmente. 2018. 90 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: A busca pela sustentabilidade tem incentivado a criação de novos materiais que utilizam recursos naturais em sua composição, que oferecem boas propriedades, baixo custo de obtenção e não agridem o meio ambiente. A fibra de bambu vem sendo bastante estudada como reforço de compósitos por oferecer leveza e resistência mecânica ao produto final, substituindo o uso de matérias primas provenientes do petróleo. O objetivo do presente trabalho é o tratamento e caracterização de fibras de bambu e, por fim, a aplicação das mesmas em compósitos poliméricos como agente de reforço. Foram realizados tratamentos superficiais de alcalinização e acetilação nas fibras de bambu buscando melhorar a adesão da fibra/matriz, e por consequência melhorar as propriedades mecânicas dos compósitos produzidos em seguida, as fibras foram caracterizadas através de ensaios químicos, físicos, térmicos, mecânicos e morfológicos. Após a incorporação das fibras na matriz polimérica de poliéster insaturado, com teor mássico de 10%, 20% e 30% de fibras, os compósitos foram analisados através de ensaios de absorção de água, densidade, microscopia eletrônica de varredura e propriedades mecânicas de tração e impacto Izod. Através da espectroscopia de infravermelho foi possível constatar a eficácia dos tratamentos realizados, devido ao crescimento da banda correspondente ao grupo carbonila, indicando que a fibra acetilada ficou mais hidrofóbica, consonante com o ensaio de absorção de água, onde a fibra acetilada absorveu menor quantidade de água que as demais. Quando acetilada, a fibra de bambu ganhou estabilidade térmica de aproximadamente 60oC e, através do MEV, notou-se o aumento da rugosidade das fibras alcalina e acetilada, evidenciando a melhora na adesão fibra/matriz. Os resultados das propriedades mecânicas de tração nas fibras corroboram com os encontrados no ensaio de difração de raios-x, sendo maior para a fibra alcalina e menor para a fibra acetilada, que perdeu resistência mecânica devido ao tratamento com ácido. As propriedades mecânicas de tração e impacto dos compósitos melhoraram com o aumento do teor de fibras incorporadas, concluindo que as mesmas agiram como reforço nos compósitos. O melhor desempenho mecânico de tração foi do compósito com 30% de fibra alcalina, reforçando a tensão máxima em mais de 185%. Através do MEV nos compósitos foi comprovada a melhora da adesão fibra/matriz após os tratamentos, onde notou-se a presença de resina sobre as fibras e o cisalhamento da resina. Para o ensaio de impacto Izod, os compósitos com fibra acetilada obtiveram maior energia de impacto, fato justificado pela melhor adesão fibra/matriz, fato que comprova a eficácia do tratamento por acetilação.
Abstract: The search for sustainability has encouraged the creation of new resources that use natural in their composition, which good properties, low cost of search and do not harm the environment. Bamboo fiber has been widely studied as a composite reinforcement because it offers lightness and mechanical resistance to the final product, replacing the use of raw materials made from petroleum. The objective of the present work is the treatment and characterization of bamboo fibers and, finally, their application in polymeric composites as a reinforcing agent. Surface treatments of alkalinization and acetylation were carried out on the bamboo fibers, and the fibers were then characterized by chemical, physical, thermal, mechanical, and morphological tests. After the incorporation of the fibers in the polymer matrix of unsaturated polyester with 10%, 20%, and 30% of fibers, the composites were analyzed by water absorption, density, scanning electron microscopy, mechanical tensile, and Izod impact. Through the FTIR, it was possible to verify the efficiency of the treatments performed, due to the growth of the band corresponding to the carbonyl group, indicating that the acetylated fiber was more hydrophobic, consonant with the water absorption test, where an acetylated fiber absorbed less water than as much. When acetylated, the bamboo fiber gained thermal stability of approximately 60oC and, through the MEV, an increase of fiber roughness was observed, evidencing the improvement in fiber / matrix adhesion. The results of the mechanical properties of traction in the fibers corroborate with those found in the x-ray diffraction test, being higher for the alkaline fiber and smaller for the acetylated fiber, which lost mechanical resistance due to acid treatment. The mechanical properties of traction and impact of the composites improved with the increase of the incorporated fiber content, concluding that they acted as reinforcement in the composites. The best mechanical tensile performance was of the composite with 30% of alkaline fiber, reinforcing the maximum tension in more than 185%. Through the SEM in the composites, the improvement of the fiber / matrix adhesion after the treatments was verified, where the presence of resin on the fibers and resin shear was noticed. For the Izod impact test, the composites with acetylated fiber obtained higher impact energy than the others, a fact justified by the better fiber / matrix adhesion, a fact that proves the effectiveness of the treatment by acetylation.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/34694
metadata.dc.type: Dissertação
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