Polyester composite reinforced with fiber of Mauritia flexuosa treated with alkali: Impact energy, chemical composition and surface topography [Compuestos de poliéster reforzados con fibra de Mauritia flexuosa tratada con álcali: Energía de impacto, composición química y topografía superficial.]

Abstract

ABSTRACT This work evaluated the influence of the concentration of NaOH (100, 200 and 300 g/L NaOH) in the mercerization process at 25 °C for 1 h, and of the percentage (15, 20 and 25% m/m) of Mauritia flexuosa fibers on impact resistance in a polyester matrix composite. The polyester matrix composite was obtained by the compression molding process, at a constant pressure of 24 MPa. The obtained plates had a dimension of 130 mm long x 80 mm wide x 3.4 mm thick. Specimens for the impact assay were extracted from the obtained plates under the EN ISO 179-1 standard. Likewise, the fiber-reinforced composites without treatment were also evaluated, all the fibers were characterized before and after the NaOH treatment by means of the chemical characterization of the fiber, absorption percentage, scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy ( FT-IR). The results showed that with a higher concentration of NaOH, a decrease in extractives, lignin and hemicellulose was obtained, while the cellulose content increased. Additionally, it was shown that the higher the NaOH concentration, the hydrophilic character of the fiber decreases. On the other hand, by means of FT-IR, it was identified that the functional groups related to the fiber composition vary before and after mercerization. While the scanning electron microscopy (SEM) showed morphological changes of the fiber where impurities, waxes and fats were observed for the untreated fiber and a rougher surface and free of impurities for the treated fibers. The highest impact resistance value was obtained by 25% fiber reinforced composites without treatment with an average value of 39.62 kJ/m2, a value that represents an increase of 298.34% with respect to the impact resistance of the polyester matrix. without reinforcement. The results concluded that the weight percentage of fiber increases impact resistance while chemical treatment increases fiber-matrix adhesion and influences the failure mechanism of polyester matrix compounds, however, decreases impact resistance. Thus, the compounds reinforced with 25% fiber and treated with 100, 200 and 300 g/L of NaOH reported average values of impact resistance of 23.02 kJ/m2, 28.01 kJ/m2 and 20.48 kJ/m2 respectively.

RESUMEN El presente trabajo evaluó la influencia de la concentración de NaOH (100, 200 y 300 g/L de NaOH) del proceso de mercerización a 25 °C por 1 h, y del porcentaje en peso (15, 20 y 25%) de fibras de Mauritia flexuosa sobre la resistencia al impacto en un compuesto de matriz poliéster. Los compuestos de matriz poliéster fueron obtenidos por el proceso de moldeo por compresión, a una presión constante de 24 MPa. Las placas obtenidas tuvieron una dimensión de 130 mm de largo x 80 mm de ancho x 3.4 mm de espesor. De las placas obtenidas se extrajeron probetas para el ensayo de impacto bajo la norma EN ISO 179–1. Así mismo fueron evaluados los compuestos reforzados con fibra sin tratamiento, todas las fibras fueron caracterizadas antes y después del tratamiento mediante la caracterización química de la fibra, porcentaje de absorción, microscopia electrónica de barrido (SEM) y espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), a fin de determinar de forma indirecta la modificación de los compuestos químicos de las fibras vegetales. Los resultados mostraron que a mayor concentración de NaOH se obtuvo una disminución de extractivos, lignina y hemicelulosa (estos dos últimos de mayor interés desde el punto de vista de propiedades mecánicas de las fibras) mientras que el contenido de celulosa aumentó. Adicionalmente, se evidenció que a mayor concentración de NaOH el carácter hidrofílico de la fibra disminuye. Por otro lado, mediante FT-IR, se identificó que los grupos funcionales relacionados a la composición de la fibra varían antes y después de la mercerización. Mientras que la microscopia electrónica de barrido (SEM) mostró cambios morfológicos de la fibra en donde se observó impurezas, ceras y grasas para la fibra sin tratamiento y una superficie más rugosa y libre de impurezas para las fibras tratadas. El mayor valor de resistencia al impacto fue el obtenido por los compuestos reforzados con 25% de fibra sin tratamiento con un valor promedio de 39.62 kJ/m2, valor que representa un aumento del 298.34% con respecto a la resistencia al impacto de la matriz poliéster sin refuerzo. Los resultados concluyeron que el porcentaje en peso de fibra incrementa la resistencia al impacto mientras que el tratamiento químico incrementa la adhesión de fibra-matriz e influye en el mecanismo de falla de los compuestos de matriz poliéster, sin embargo, disminuye la resistencia al impacto. Siendo así que los compuestos reforzados con 25% de fibra y tratados con 100, 200 y 300 g/L de NaOH reportaron valores promedios de resistencia al impacto de 23.02 kJ/m2, 28.01 kJ/m2 y 20.48 kJ/m2 respectivamente. La evaluación medio ambiental rebasa los límites de la presente investigación.