Obtenção e caracterização de compósitos de borracha natural contendo cargas de fibras de curauá

Abstract

A preocupação com o meio ambiente e as implicações associadas às atividades humanas vem fomentando uma busca crescente por materiais de baixo impacto ambiental. Neste sentido, um seguimento em contínuo desenvolvimento tem sido a aplicação de fibras vegetais como reforço em compósitos de matrizes poliméricas naturais, sendo possível gerar materiais com propriedades térmicas e mecânicas melhoradas. Neste trabalho foram analisadas as propriedades térmicas e mecânicas de um compósito de borracha natural reforçado com fibras de curauá. Amostras de compósitos com diferentes teores em peso de fibra natural (2,5%, 5%, 7,5%, 10%, 12,5% e 15%) foram obtidas. O tratamento alcalino com hidróxido de sódio (NaOH) foi utilizado para modificar a superfície da fibra de curauá e melhorar a ligação na interface matriz/reforço. Resultados mostraram que o tratamento alcalino elevou o índice de cristalinidade da fibra em 19,2%, porém não afetou o padrão de espalhamento dos compósitos. A análise termogravimétrica revelou que estabilidade térmica dos compósitos e pouca influência tanto pelo teor de fibras quando pela mercerização. Já a condutividade térmica apresentou reduções de até 34,2% em relação à matriz para baixos teores de fibra, enquanto houve tendência de aumento para cargas de fibras mais elevadas. A dureza dos compósitos variou de 25,4 a 62,5 ShA e pode ser aprimorada em até 134% para cargas 15% de fibra natural. A resistência à tração dos compósitos apresentou melhora de até 161% para amostras com cargas de 2,5% de fibra tratada, porém houve tendência de decréscimo com o aumento do teor de fibra, indicando problemas de distribuição da fase dispersa. Portanto, em geral, os compósitos fabricados com fibras tratadas apresentaram propriedades melhores àqueles sem tratamento, evidenciando melhor adesão interfacial e, por fim, o teor de 2,5% de fibra apresenta melhor combinação entre propriedades térmicas e mecânicas.

The concern for the environment and the implications associated with human activities have been driving a growing search for materials with low environmental impact. In this regard, a continuously developing area is the application of plant fibers as reinforcement in natural polymer matrix composites, enabling the production of materials with enhanced thermal and mechanical properties. In this work, the thermal and mechanical properties of a natural rubber composite reinforced with curauá fibers were analyzed. Composite samples with different weight fractions of natural fiber (2.5%, 5%, 7.5%, 10%, 12.5%, and 15%) were obtained. Alkaline treatment with sodium hydroxide (NaOH) was used to modify the surface of the curauá fiber and improve the matrix/reinforcement interface bonding. Results showed that the alkaline treatment increased the fiber's crystallinity index by 19.2%, but did not affect the scattering pattern of the composites. Thermogravimetric analysis revealed that the thermal stability of the composites was only slightly influenced by both the fiber content and the mercerization process. In contrast, thermal conductivity showed reductions of up to 34.2% relative to the matrix for low fiber content, while there was a trend toward increase at higher fiber contents. The hardness of the composites varied from 25.4 to 62.5 ShA and could be improved by up to 134% for 15% of natural fiber content. The tensile strength of the composites showed an improvement of up to 161% for samples with 2.5% treated fiber load, although there was a decreasing trend with increasing filler load, indicating issues with the distribution of the dispersed phase. Therefore, in general, the composites made with treated fibers exhibited better properties compared to those without treatment, demonstrating improved interfacial adhesion. Finally, the 2.5% fiber content presented the best combination of thermal and mechanical properties.