Caracterização das matérias-primas e avaliação, através de simulação, das propriedades mecânicas de compósitos à base de amido termoplástico e fibras de sisal

Abstract

Materiais compósitos reforçados com fibras naturais vêm sendo amplamente utilizados, visto que esse tipo de reforço é abundante e apresenta baixo. Entre as fibras naturais, as fibras de sisal vêm se destacando, por possuírem boas propriedades elásticas, baixa massa específica e por permitirem boa adesão da matriz. O amido se trata de um polímero natural, que é muito abundante e apresenta baixo custo. Nesse sentido, esse estudo objetivou determinar por simulação as propriedades mecânicas e a densidade de materiais compósitos à base de amido termoplástico, reforçados com fibras de sisal curtas e moídas em diferentes tamanhos, e caracterizar as matérias-primas necessárias. Dessa forma, as simulações da densidade, do Módulo de Elasticidade e de Cisalhamento, foram feitas através do software Mech-Gcomp. A caracterização do amido ocorreu pela determinação do teor de água, enquanto que as fibras foram caracterizadas por Análise Termogravimétrica e por análise de Infravermelho por Transformada de Fourier. Foi possível verificar que os amidos são adequados para o preparo dos compósitos quanto ao teor de umidade, e que as fibras de sisal tratadas com hidróxido de sódio apresentam melhor estabilidade térmica e remoção de ceras e hemicelulose da superfície, o que é um indicativo de uma maior exposição das fibrilas e possivelmente, ocorrerá um melhor ancoramento na matriz quando os compósitos forem preparados. Através da simulação das propriedades dos compósitos, verificou-se que densidade é crescente com o aumento no teor de fibras. Além disso, o módulo de elasticidade e módulo de cisalhamento são influenciados pelo comprimento e pelo teor das fibras. Concluiu-se que a produção de compósitos à base de amido e fibras naturais é possível, visto que apresentam baixo custo, matérias-primas abundantes e propriedades satisfatórias.

Natural fibers reinforced composite materials have been widely used, since this type of reinforcement is abundant and low. Among the natural fibers, sisal fibers have stood out, due to the increased elastic properties, low specific mass and improved matrix adhesion. Starch is a natural polymer, which is very abundant and has the advantage of low cost. In this sense, this study aimed to determine by simulation the mechanical properties and the density of composite materials based on thermoplastic starch, reinforced with short and ground sisal fibers in different sizes, and to characterize the raw materials. Thus, the simulations of density, the Elasticity and Shear Modules were performed using the Mech-Gcomp software. The starch characterization was performed by determining the water content, while the fibers were characterized by Thermogravimetric Analysis and by Infrared Analysis by Fourier Transform. It was possible to verify that the starches are suitable for the preparation of the composites in terms of moisture content, and that the sisal fibers treated with sodium hydroxide showed improved thermal stability and removal of waxes and hemicellulose from the surface, which is an indicative of a greater exposure of fibrils and possibly, improved link in the matrix will occur when composites are prepared. Through the simulation of the composites properties, it was verified that density is increasing with the increase in the fiber content. In addition, the modulus of elasticity and shear modulus are influenced by the length and fiber content. It was concluded that the production of composites based on starch and natural fibers is possible, since they have low cost, abundant raw materials and satisfactory properties.