Caracterización mecánica, física - química de fibra sansevieria trifasciata, como posible refuerzo en un compuesto de matriz poliéster

Abstract

RESUMEN La gran biodiversidad que existe en el Perú y su clima, producen una suerte de invernadero natural que permiten el desarrollo de diversos cultivos agrícolas autóctonos interesantes para el mercado internacional, muchos de los cuales ya han logrado posicionarse y falta algunos por hacerlo. El Perú es exportador mundial de especies proteicas y nutricionales; sin embargo otro segmento de gran potencial es el de plantas fibrosas, las cuales se encuentran en los valles de la costa, alturas de los andes y la selva amazónica; siendo el tercer país más grande de Sudamérica, el Perú cuenta con 7.6 millones de hectáreas con potencial agrícola, de las cuales todavía quedan por desarrollar 4 millones según la FAO. El Perú posee 84 de las 117 zonas de vida conocidas en el mundo y 11 eco-regiones naturales, lo cual hace posible producir una cartera diversificada no solo de alimentos si no de plantas con fines de industrialización en sectores como el de la construcción, automotriz y de consumo masivo, con posibilidades de producción a lo largo de todo el año; de esta manera, se podría mejorar el empleo de este sector y la calidad de vida de los agricultores; todo lo mencionado no hace más que motivar el interés en la posibilidad de uso de los recursos naturales aplicados a la ingeniería, en particular el potencial de uso de las fibras vegetales; así para el desarrollo de la presente investigación se evaluó el efecto del porcentaje en peso de fibras (25,30 y 35%), la concentración (% p/v) de NaOH (10,15 y 20%) del proceso de mercerización y la concentración de agente de acople tipo silano (Trimetoxivinilsilano - 1.0 y 2.0 % v/v), sobre la modificación química, rugosidad e hidrofilidad de fibras lignocelulósicas, además de las resistencias al impacto y a tracción unidireccional de los compuestos de matriz termoestable, reforzadas mediante la fibra mencionada. La fibra lignocelulósica evaluada fue la denominada Sansevieria trifasciata, la cual fue obtenida por inmersión y descomposición en agua. El tiempo de mercerización fue de 30 minutos, la etapa de silanización fue de 1 hora (fibras previamente mercerizadas a 20% de NaOH). Las fibras se utilizaran para la obtención de compuestos de matriz poliéster según los porcentajes en peso mencionadas, mediante el proceso de moldeo de compresión (20.68 MPa), los laminados obtenidas mediante este proceso fueron de 200x150x5 mm; una vez obtenidas los laminados estas fueron maquinadas a fin de desarrollar los ensayos de impacto Charpy (ISO 179-1) y el ensayo de tracción unidireccional (ASTM D638-1); los laminados obtenidos fueron de fibras unidireccional continuo. Las fibras utilizadas fueron caracterizadas mediante microscopia óptica y electrónica de barrido (SEM), espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), % de hinchamiento, cuantificación de celulosa, lignina y hemicelulosa. De los compuestos obtenidos se obtuvieron propiedades de resistencia a la tracción y de resistencia al impacto mejoradas en los casos que se realizó el tratamiento superficial en cadena (mercerización – silanización); además se obtuvo incremento de las propiedades mencionadas de forma proporcional al incremento del porcentaje en peso de fibras utilizadas. La resistencia a la tracción se mejoró desde 60.40 MPa (Sin tratamientos de superficie), hasta 121.08 MPa (Mercerizados 20% NaOH-Silanizado 2%) a 35% en peso de fibras. La resistencia al impacto se mejoró desde 28.8 KJ/m2 (Sin tratamientos de superficie), hasta 68.1 KJ/m2 (Mercerizados 20% NaOH-Silanizado 2%) con 35% en peso de fibras. El incremento del porcentaje en peso de fibras en el rango evaluado ha permitido el incremento de la resistencia a la tracción en 29.3%, y la resistencia al impacto en 91%. El incremento de la concentración de NaOH del proceso de mercerización genero la disminución de las secciones de fibras (15.06%), incremento de rugosidad de fibras, disminución de Lignina (de 27.78 a 25.98%); incremento de Celulosa (44.65 a 50.68%). El incremento del porcentaje de agente de acople (Trimetoxivinilsilano) evaluado, del proceso de silanización, genero pequeños cambios en los porcentajes de Lignina y Celulosa de las fibras, mantuvo la rugosidad lograda en la etapa previa de mercerización.