Materials compostos a partir de filaments naturals i matriu Plástica Biobasada

En aquests temps en què s'ha aguditzat el problema del canvi climàtic que pateix el planeta Terra, esdevé molt important trobar solucions que redueixin considerablement les causes que el provoquen o fins i tot les elimini.

Dins del conjunt de solucions, que es duen a terme des de fa uns anys, es troba la producció de materials compostos respectuosos amb el medi ambient. Materials que aconsegueixen equiparar-se a nivell de propietats i característiques als existents, que es basen majoritàriament en derivats del petroli o altres materials poc ecològics.

En aquesta tesi s'han obtingut materials dos tipus de compostos biobasats, uns de formats per unes fibres naturals de reforç d'abacà i per una matriu plàstica de polietilè d'alta densitat (HDPE), i uns altres materials compostos biobasats formats per unes fibres naturals de reforç d'abacà i per una matriu plàstica de bio polietilè (BioPE).

S'han formulat materials compostos amb un contingut de fibra d'abacà que varien del 20% al 50% en pes. Aquesta formulació també s'ha fet afegint un agent d'acoblament, en un rang de contingut de 2 al 10% en pes. Aquest agent d'acoblament és necessari per garantir una unió correcta entre fases, ja que les fibres naturals són de naturalesa hidròfila i les matrius plàstiques són de naturalesa hidrofòbica. La naturalesa de totes dues fases resulta en una incompatibilitat que provoca una pèrdua en les capacitats mecàniques del material compost.

Els materials compostos creats s'han analitzat per determinar-ne les propietats mecàniques, tèrmiques, acústiques i de cicle de vida, comparant ambdós compostos i comparant els compostos amb i sense l'agent d'acoblament anhídrid maleic (MAPE).

Els resultats obtinguts de les propietats a tracció mostren com l'addició de les fibres d'abacà milloren les propietats de la matriu. I s'obtenen resultats lleugerament superiors en resistència a tracció en afegir l'agent d'acoblament. Entre les dues matrius usades, la de BioPE mostra uns valors lleugerament superiors a l'HDPE. Pel que fa a la deformació a tracció, els valors dels materials compostos són pitjors que els de les matrius, encara que l'increment del contingut de fibra resulta en una millora de la capacitat de deformació, sense arribar a les capacitats de la matriu sola. A l'anàlisi del mòdul de Young del material compost s'aprecia com millora substancialment en anar incrementant el contingut de fibra d'abacà en comparació a la matriu sola, però l'addició del MAPE té molt poca influència en la millora o empitjorament dels valors.

En analitzar els resultats de les propietats a flexió, s'observa un comportament similar a la tracció. Amb l'obtenció de valors superiors de resistència a flexió dels compostos respecte de les matrius, i amb valors lleugerament superiors amb l'addició del MAPE. El comportament de la deformació també és similar a la tracció, amb una reducció de les seves capacitats respecte a la matriu, però amb un petit increment de les propietats del compost per afegir l'agent acoblament. Per a aprofundir en l'anàlisi de les propietats mecàniques, s'han fet servir models de micromecànica per determinar les propietats intrínseques de les fases, tant en el cas de tracció com de flexió. Mitjançant aquests models es determinen els valors de resistències intrínseques, mòduls intrínsecs i els factors deficiència de les fibres i la matriu.

Queden pendents les anàlisis de les propietats del mòdul a flexió, dels resultats obtinguts als assaigs d'impacte, d'absorció d'aigua, de les propietats tèrmiques i propietats acústiques. També resta pendent l'avaluació dels resultats obtinguts del disseny d'una possible aplicació i els resultats obtinguts de la simulació 3D realitzada.

Lectura de la tesi: 11/10/2023, Sala de Juntes de l'Escola Politècnica Superior I (informació extreta de l’Agenda activitats de la web Escola de Doctorat)