Efeito sinérgico da silanização de fibra de rami e argila montmorilonita em compósitos de poliéster moldados por transferência de resina

Abstract

A crescente demanda por materiais sustentáveis e de alto desempenho tem impulsionado a pesquisa e o desenvolvimento de compósitos, que combinam diferentes tipos de reforços para otimizar suas propriedades. Estudos sobre compósitos contendo fibras naturais para utilização no setor automotivo tem evoluído constantemente. Sendo assim, este estudo teve como objetivo avaliar e caracterizar as argilas Cloisite® 30B (30) e Cloisite® 30B modificada com silano (30M) e avaliar o efeito da incorporação destas argilas em compósitos de resina poliéster moldados através da técnica de casting. Após, foi realizada a modificação e caracterização da fibra de rami com o silano e foram produzidos e caracterizados compósitos multi-escala contendo 3% (massa) de argila e 10% (volume) de fibras de rami curta (45mm) em matriz poliéster através da técnica de RTM. A metodologia adotada abrange a modificação e caracterização das argilas através das técnicas de Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FT-IR), Difração de raio-X (DRX) e Análise Termogravimétrica (TGA); a modificação e caracterização da fibra de rami através das técnicas de FT-IR e TGA e a preparação e caracterização dos compósitos, através dos ensaios mecânicos de tração, flexão e impacto, além de análises térmicas (TGA e DMA), físicas (densidade e absorção d’água) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) com Espectroscopia por Energia Dispersiva (EDS). Os resultados obtidos indicam que a metodologia de silanização empregada na modificação da argila e da fibra foi bem-sucedida e que promove uma melhoria significativa nas propriedades mecânicas e térmicas dos compósitos, evidenciando um aumento da sinergia entre a fibra de rami e a argila Cloisite® 30B. A análise dos dados sugere que a combinação desses materiais não apenas melhora a adesão entre a matriz e os reforços, mas também contribui para a formação de compósitos com características superiores. As conclusões deste estudo ressaltam a importância da silanização como uma estratégia eficaz para o desenvolvimento de compósitos multi-escala, apresentando resultados promissores para a utilização em compósitos para aplicações automotivas.

The growing demand for sustainable and high-performance materials has driven research and development in composites, which combine different types of reinforcements to optimize their properties. Studies on composites containing natural fibers for use in the automotive sector have been steadily advancing. Therefore, this study aimed to evaluate and characterize Cloisite® 30B (30) and Cloisite® 30B modified with silane (30M) clays, as well as to assess the effect of incorporating these clays into polyester resin composites molded using the casting technique. Subsequently, the ramie fiber was modified and characterized with silane, and multi-scale composites containing 3% (by mass) of clay and 10% (by volume) of short ramie fibers (45 mm) in a polyester matrix were produced and characterized using the RTM technique. The methodology adopted includes the modification and characterization of the clays using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), X-ray Diffraction (XRD), and Thermogravimetric Analysis (TGA); the modification and characterization of the ramie fiber using FT-IR and TGA techniques; and the preparation and characterization of the composites through mechanical tests (tensile, flexural, and impact), thermal analyses (TGA and DMA), physical analyses (density and water absorption), and Scanning Electron Microscopy (SEM) with Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). The results indicate that the silanization methodology employed for the modification of the clay and fiber was successful and significantly enhances the mechanical and thermal properties of the composites, demonstrating increased synergy between the ramie fiber and Cloisite® 30B clay. Data analysis suggests that the combination of these materials not only improves the adhesion between the matrix and reinforcements but also contributes to the formation of composites with superior characteristics. The conclusions of this study highlight the importance of silanization as an effective strategy for the development of multi-scale composites, presenting promising results for their use in automotive applications.