Durabilidade de compósitos de matriz termoplástica - termoendurecível reforçada com fibras sintéticas e naturais

Abstract

O objetivo da presente dissertação é investigar a durabilidade de compósitos de matriz polimérica termoplástica e termoendurecível reforçados com fibras naturais e sintéticas em ambientes corrosivos. Para a produção de compósitos foram escolhidos o PP como matriz termoplástica e uma resina epóxido como matriz termoendurecível que se reforçaram com fibras natural de juta e sintética de vidro. Para melhorar a adesão entre fibra e matriz e a durabilidade dos compósitos, submeteu-se a fibra natural a tratamentos superficiais, nomeadamente, a um tratamento alcalino e a um revestimento com verniz protetor de madeira. A resina epóxida foi ainda aditivada com um absorvedor UV (Tinuvin P). Os compósitos foram produzidos por moldação por compressão e posteriormente sujeitos a ensaios de corrosão e durabilidade em ambientes alcalinos, ricos em cloretos, condições gelo/degelo e ensaios acelerados de envelhecimento por ultravioletas (QUV). Após exposição durante 30 dias nesses ambientes os compósitos foram sujeitos a ensaios de espectrofotometria com emissão ótica, microscopia ótica, espectroscopia de infravermelho de transformação de Fourier (FTIR), análise térmica simultânea (STA) e de tração para se avaliarem, respetivamente, as mudanças causadas na sua cor, na estrutura organizativa, e/ou na estrutura química por efeitos dos diferentes tratamentos superficiais a que as fibras foram sujeitas e/ou da aditivação das matrizes e/ou ainda alterações causadas nas suas características de degradação (perda de massa) com a temperatura e mecânicas. Observou-se que, após sujeição aos ensaios de durabilidade, os compósitos de resina epóxido reforçada com fibras de vidros apresentaram geralmente melhores propriedades mecânicas que os de PP reforçado com fibras de juta. Enquanto a aditivação do epóxido com Tinuvin P melhorou os resultados de durabilidade e degradação nos compósitos reforçados com fibra de vidro, o mesmo não aconteceu no caso dos compósitos reforçados com fibras de juta que viram diminuída a durabilidade e aumentada a sua degradação com a temperatura. Este absorvedor de ultravioletas (Tinuvin P) também mostrou diminuir a perda de massa em alguns compósitos sujeitos a ensaios de envelhecimento acelerado (QUV) e não influenciar a temperatura máxima de degradação da resina epóxido. Os tratamentos superficiais usados nas fibras de juta aumentaram a durabilidade e diminuíram a descoloração nos compósitos com matriz de PP mas, pelo contrário, afetaram negativamente essas propriedades nos compósitos de matriz termoendurecível.

The objective of this dissertation is to investigate the durability of thermoplastic and thermosetting polymer matrix composites reinforced with natural and synthetic fibers in corrosive environments. For the production of composites PP was chosen as a thermoplastic matrix and an epoxy resin as a thermosetting matrix that were reinforced with natural jute and synthetic glass fibers. To improve adhesion between fiber and matrix and the durability of the composites, natural fibers were subjected to surface treatments, namely, an alkaline treatment and a coating with protective wood varnish. The epoxy resin was further supplemented with a UV absorber (Tinuvin P). The composites were produced by compression molding and subsequently subjected to corrosion and durability tests in alkaline environments, rich in chlorides, freeze / thaw conditions and accelerated ultraviolet aging (QUV) tests. After exposure for 30 days in these environments the composites were subjected to spectrophotometry tests with optical emission, optical microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), simultaneous thermal analysis (STA) and tensile tests to evaluate, respectively, the changes caused by their color, organizational structure and / or chemical structure by the effects of the different surface treatments to which the fibers were subjected and / or the additives of the matrices and / or changes caused in their degradation characteristics (loss of mass) with temperature and mechanical. It was found that, following subjection to the durability tests, glass fiber reinforced epoxy resin composites generally had better mechanical properties than those of jute fiber reinforced PP. While the epoxide with Tinuvin P improved the durability and degradation results in glass fiber reinforced composites, this was not the case for composites reinforced with jute fibers which decreased durability and increased degradation with temperature. This ultraviolet absorber (Tinuvin P) also showed to decrease the mass loss in some composites subject to accelerated aging tests (QUV) and did not influence the maximum degradation temperature of the epoxy resin. The surface treatments used in jute fibers increased durability and decreased discoloration in the PP matrix composites but, on the contrary, negatively affected these properties in the thermosetting matrix composites.