Etching fı́sico en fibras naturales y artificiales

Abstract

Hoy en dı́a, las fibras naturales y sintéticas se están convirtiendo en un recurso valioso para la industria de los compuestos. El uso de fibras naturales y sintéticas como refuerzo de matrices poliméricas tiene muchas ventajas: mejora las propiedades mecánicas por unidad de peso, disminuye el costo de fabricación por unidad de volumen y, entre otras cosas, es amigable con el medio ambiente. A pesar de todo esto, la baja compatibilidad entre los componentes puede resultar en un mal comportamiento mecánico. Sin embargo, los tratamientos con plasma pueden modificar la superficie de las fibras utilizadas como refuerzo, mejorando las uniones entre las diferentes fases del composito. En este trabajo se presentan los resultados de los efectos producidos por los tratamientos con Etching Fı́sico sobre el módulo de Young, ductilidad, resistencia máxima a la tensión y la morfologı́a superficial de las fibras de Guadua angustifolia, Fique y Nylon. Las fibras naturales y sintéticas fueron expuestas a bombardeos fı́sicos con iones de argón durante diferentes intervalos de tiempo y diferentes potencias. El análisis de microscopı́a electrónica de barrido (SEM) mostró que todas las fibras tratadas exhiben superficies rugosas y que la rugosidad de las superficies aumentaba con el tiempo de bombardeo. Los resultados del módulo de Young en función del tiempo de bombardeo y de la energı́a de los iones incidentes mostraron un incremento significativo en las fibras de Guadua y Fique, pero no cambiaron significativamente en las fibras de Nylon. La ductilidad de las fibras de Guadua, Fique y Nylon no se vio afectada apreciablemente en función de la potencia y del tiempo de bombardeo. La resistencia máxima a la tensión se afecto en las fibras de Guadua y Fique y permanecio aproximadamente sin modificaciones en las fibras de Nylon. Los daños producidos en las fibras naturales por el bombardeo de iones según lo determinado por el análisis SEM podrı́an considerarse como una causa importante del aumento observado en el módulo de Young y la resistencia máxima a la tensión. Por otra parte, si bien los daños producidos en las superficies de las fibras tratadas (aumento de la rugosidad), como consecuencia del bombardeo iónico, pueden considerarse como una de las causas del aumento observado en el módulo de Young y en la resistencia máxima a la tensión de las fibras naturales, otros efectos como la alteración del contenido de hemicelulosa y lignina, no pueden descartarse como causas probables del cambio en las propiedades mecánicas de las fibras naturales y el efecto casi nulo observado en las fibras sintéticas (Nylon), a pesar de los daños producidos en su superficie. (Texto tomado de la fuente)

Nowdays, natural and synthetic fibers are becoming a valuable resource for composite industry. The use of natural and synthetic fibers as reinforcement of polymeric matrices has many advantages: it betters mechanical properties per unit of weight, decreases the cost of manufacturing per unit of volume and, among other things, it is environmentally friendly. Despite all of this, the low compatibility between the constituents can result in a poor mechanical behavior. However, plasma treatments can modify the surface of the fibers used as reinforcement, improving the joints between the different phases of the composite. This work present the results of the effects produced by dry etching plasma treatments on the Young’s modulus, ductility, maximum tensile strength and surface morphology of Guadua angustifolia, Fique and Nylon fibers. Natural and synthetic fibers were exposed to physical bombardment with argon ions during different time intervals and different powers. Scanning electron microscopy (SEM) analysis showed that all treated fibers exhibited rough surfaces and that the surfaces roughness increased with the bombardment time. The results of Young’s modulus as a function of bombardment time and the energy of the incident ions displayed a significant increment in Guadua and Fique fibers but did not change significantly in Nylon fibers. The ductility of the Guadua, Fique and Nylon fibers was not appreciably affected in function of power and bombardment time. The maximum tensile strength affected the fibers of Guadua and Fique and remained approximately unchanged in the nylon fibers. The damages produced in the natural fibers by ion bombardment as determined by SEM analysis could be considered as an important cause of the observed increase in Young’s modulus and maximum tensile strength. On the other hand, although the damage caused on the surfaces of the treated fibers (increased roughness), as a consequence of ion bombardment, can be considered as one of the causes of the observed increase in Young’s modulus and the maximum tensile strength of natural fibers, other effects such as altered hemicellulose and lignin content can not be ruled out as probable causes of the change in the mechanical properties of natural fibers and the almost zero effect observed in synthetic fibers (Nylon), despite the damage produced on its surface.