Polímeros: Ciência e Tecnologia
https://revistapolimeros.org.br/article/doi/10.1590/S0104-14282010005000007
Polímeros: Ciência e Tecnologia
Scientific & Technical Article

Sorção de Água em Compósitos de Poliéster Insaturado Reforçados com Tecido de Juta e Juta/Vidro: Modelagem, Simulação e Experimentação

Water Sorption in Unsaturated Polyester Composites Reinforced With Jute and Jute/Glass Fiber Fabrics: Modeling, Simulation and Experimentation

Carvalho, Laura H. de; Lima, Antonio G. B. de; Cavalcanti, Wilma S.

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Resumo

Estudos de compósitos reforçados com fibras naturais mostram que as dificuldades associadas ao uso de fibras vegetais como reforço em compósito de polímeros são freqüentemente relacionadas à absorção de umidade. A presença de umidade leva à impregnação e adesão interfacial fibra-matriz imperfeitas, que geram tensões internas, porosidade e falha prematura do sistema. Este problema pode ser reduzido usando fibra híbrida tramada ou tecidos tricotados. Neste sentido, este trabalho tem como objetivo estudar numérica e experimentalmente a sorção de água em compósitos de juta e juta/vidro. Os compósitos de poliéster insaturados moldados por compressão e reforçados com tecido de juta e tecido híbrido de juta-vidro têm composições em peso de: a) 26% de juta/74% poliéster insaturado; e b) 26% juta/32% vidro/42% poliéster insaturado, e dimensões de 20,00 × 20,00 × 2,30 mm3 e 20,00 × 20,00 × 2,82 mm3, respectivamente. Um modelo matemático tridimensional de difusão transiente foi desenvolvido para predizer a transferência de massa durante a absorção de água. A formulação matemática foi resolvida numericamente usando o método de volumes finitos e um esquema de interpolação totalmente implícito. Os resultados da distribuição do teor de umidade dentro destes compósitos e cinética de absorção de água são mostrados e analisados. O conhecimento da distribuição de umidade permite verificar áreas mais favoráveis a problemas de delaminação devido à fraqueza da interface fibra-matriz e, por conseguinte redução nas propriedades mecânicas.

Palavras-chave

Tecido híbrido, compósito, fibra vegetal, sorção de água, volumes finitos.

Abstract

Studies on composites reinforced with natural fibers show that the difficulties associated to the use of the vegetable fibers as reinforcement in polymer composites are frequently related to moisture absorption. The presence of moisture leads to imperfect impregnation and weak fiber-matrix interfacial adhesion, leading to the appearance of internal tensions, porosity, and premature failure of the system. This problem can be reduced by employing hybrid fiber weaved or knitted fabrics. This work is aimed at studying water sorption in composites of jute and jute/glass. The compression molded unsaturated polyester composites reinforced with jute fabric and a hybrid jute-glass fabric had the following weight compositions: a) 26% jute/74% unsaturated polyester; and b) 26% jute/32% glass roving/42% unsaturated polyester and dimensions of 20.00 × 20.00 × 2.30 mm3 and 20.00 × 20.00 × 2.82 mm3, respectively. A three-dimensional transient diffusion mathematical model was developed to predict mass transfer during water absorption. The mathematical formulation was numerically solved using a finite-volume method and an implicit interpolation scheme. The results of moisture content distribution inside these composites and water absorption kinetics are shown and analyzed. The knowledge of this moisture distribution allows verifying more favorable areas for delamination due to the weakness of the fiber-matrix interface and consequently reduction in the mechanical properties.

Keywords

Hybrid fabric, composite, vegetable fiber, water sorption, finite-volume.

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