Title

Compósitos poliméricos com fibras de palha da costa (Raphia vinifera): Influência da fração mássica nas propriedades físicas, mecânicas e fractográficas

Polymer composites with coast straw fibers (Raphia vinifera): Influence of the mass fraction on physical, mechanical, and fractographic properties

Authorship

CUNHA, LIVIAN BRITO DA; SILVA, MARIA GABRIELA SILVA DA; ARAÚJO, JAMILLY ROCHA DE; FERNANDES, JENNIFER FERREIRA; SILVA, BRENDA TAYNÁ SILVA DA; RODRIGUES, EMERSON CARDOSO; COSTA, DEIBSON SILVA DA

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DOI

10.5151/2594-4711-44055

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Abstract

A palha da costa, proveniente da palmeira Raphia taedigera Mart., é uma fibra natural abundante na região Norte do Brasil e apresenta potencial para aplicação como reforço em materiais compósitos devido à sua disponibilidade e caráter renovável. Este trabalho teve como objetivo caracterizar morfologicamente a fibra, determinar sua massa específica e fabricar compósitos poliméricos reforçados com 1%, 3% e 5% de fibra longa (160 mm), visando avaliar suas propriedades físicas, mecânicas e os mecanismos de fratura. A massa específica da fibra foi determinada por picnometria e sua morfologia analisada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os compósitos foram produzidos pelo método hand lay-up com aplicação de compressão de aproximadamente 40 N. Posteriormente, realizaram-se ensaios de massa específica aparente, porosidade aparente, absorção de água e resistência à tração, seguidos de análise fractográfica. A fibra apresentou massa específica de 0,85 g/cm³ e superfície irregular característica de fibras lignocelulósicas. Os compósitos apresentaram redução da massa específica aparente e aumento da porosidade e absorção de água em relação à matriz plena. Nos ensaios mecânicos, as fibras atuaram como reforço, destacando-se a formulação com 5% de fibra, que alcançou resistência à tração de 40,45 MPa. A análise fractográfica revelou ruptura efetiva das fibras para a fração de 5%, indicando melhor adesão interfacial, enquanto nas demais formulações predominou o arrancamento das fibras.

Costa straw, obtained from the palm species Raphia taedigera Mart., is a natural fiber widely found in the Northern region of Brazil and has potential for application as reinforcement in polymer composites due to its availability and renewable nature. This study aimed to characterize the fiber morphology, determine its density, and manufacture polymer composites reinforced with 1%, 3%, and 5% of long fibers (160 mm) in order to evaluate their physical and mechanical properties, as well as their fracture mechanisms. Fiber density was determined by pycnometry, and morphological characterization was performed using scanning electron microscopy (SEM). The composites were produced by the hand lay-up method under a compressive load of approximately 40 N. Apparent density, apparent porosity, water absorption, and tensile strength tests were carried out, followed by fractographic analysis. The fiber presented a density of 0.85 g/cm³ and an irregular surface morphology typical of lignocellulosic materials. The composites exhibited lower apparent density and higher porosity and water absorption than the neat matrix. Tensile results showed that the fibers acted as reinforcement, with the composite containing 5 wt.% fiber achieving the highest tensile strength (40.45 MPa). Fractographic analysis revealed effective fiber breakage in the 5 wt.% composite, indicating improved interfacial adhesion, whereas fiber pullout was predominant in the 1 wt.% and 3 wt.% formulations.

Keywords

Ensaio de tração, Fibras naturais, Microscopia eletrônica de varredura, Adesão interfacial

Tensile testing, Natural fibers, Scanning electron microscopy, Interfacial adhesion