Study of the mechanical and chemical relationship at the interface of fique fibres/polypropylene composite
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Resumen
La transición global hacia materiales sostenibles ha destacado la relevancia de los compuestos basados en fibras naturales como alternativas ecológicas a los
materiales derivados del petróleo. Este estudio investiga las interacciones mecánicas y químicas en la interfaz de compuestos de polipropileno (PP) reforzados con fibra de fique. Debido a la incompatibilidad intrínseca entre las fibras lignocelulósicas hidrofílicas y la matriz hidrofóbica de PP, se implementaron estrategias como tratamientos superficiales de la fibra (mercerización y esterificación) y modificación de la matriz mediante polipropileno injertado con anhídrido maleico (MAPP) para mejorar la adhesión interfacial.
Se empleó un enfoque experimental integral, que incluyó caracterizaciones micromecánicas (microbond pull-out, ensayos de tracción en fibras individuales), macromecánicas (ensayos de tracción y flexión), físicas (mediciones de ángulo de contacto) y químicas (FTIR, PZC y simulaciones moleculares). Los resultados demuestran una fuerte correlación entre las interacciones químicas en la interfaz fibra/matriz y el desempeño mecánico resultante de los compuestos.
Los hallazgos revelaron que un contenido de MAPP del 5 % en peso proporciona una adhesión interfacial óptima y una resistencia mecánica mejorada, contribuyendo al desarrollo de paneles compuestos reciclables y sostenibles, adecuados para aplicaciones industriales como el transporte y la construcción. ( Texto tomado de la fuente)
Abstract
The global transition toward sustainable materials has underscored the relevance of natural fibre-based composites as eco-friendly alternatives to petroleum-derived materials. This study investigates the mechanical and chemical interactions at the interface of fique fibre-reinforced polypropylene (PP) composites. Due to the intrinsic incompatibility between hydrophilic lignocellulosic fibres and the hydrophobic PP matrix, strategies such as fibre surface treatments (mercerization and esterification) and matrix modification using maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) were implemented to improve interfacial adhesion.
A comprehensive experimental approach was employed, including micromechanical (microbond pull-out, single fibre tensile tests), macromechanical (tensile and flexural tests), physical (contact angle measurements), and chemical characterizations (FTIR, PZC, and molecular simulations). The findings demonstrate a strong correlation between the chemical interactions at the fibre/matrix interface and the resulting mechanical performance of the composites.
Results revealed that a MAPP content of 5 wt.% provides optimal interfacial bonding and mechanical strength, contributing to the development of recyclable, sustainable composite panels suitable for industrial applications such as transportation and construction.
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