Fabricação e caracterização de compósitos com base de fio híbrido cânhamo/PLA

Abstract

A crescente preocupação com o ambiente levou a que o cânhamo, as fibras de cânhamo e as suas aplicações fossem estudadas para a fabricação de compósitos. Nos compósitos as fibras naturais atuam como reforço e o segundo constituinte do material compósito, designado de matriz é um material que seja capaz de transferir as tensões para a fase de reforço e que garanta a coesão do material. Assim, para o desenvolvimento deste trabalho, utilizou-se como matriz um polímero termoplástico, o PLA (polímero polilático) em multifilamento. Estes, são resinas de base biológica, derivados de recursos naturais e renováveis ao contrário dos polímeros termoendurecíveis. O PLA é um polímero biodegradável e para além disso, possui boas propriedades mecânicas e térmicas com baixa temperatura de fusão (≈160 ℃) o que permite que seja utilizado juntamente com fibras naturais. Assim, a associação de fibras naturais a polímeros de base biológica permite a fabricação de materiais 100% ecológicos com baixo impacto ambiental e ao mesmo tempo, proporciona boas propriedades térmicas e acústicas. Este projeto de dissertação, foi realizado na ENSAIT, École Nationale Supérieure Des Arts et Industries Textiles, Lille, França, pelo programa Erasmus +. Teve como objetivo a produção de fio hibrido cânhamo/PLA para a fabricação de compósitos. Para tal, produziu-se um fio hibrido PLA/Cânhamo onde um multifilamento de PLA foi envolvido à volta da mistura PLA/Cânhamo na máquina de fiação de fuso-oco. O fio híbrido PLA/Cânhamo foi fabricado de forma a ser utilizado para produzir o tecido e o mesmo foi utilizado para a produção de compósitos pelo processo de termocompressão sem necessidade de inserção de resina visto que o termoplástico foi adicionado na etapa de fiação. As propriedades têxteis e mecânicas foram caracterizadas em cada escala, desde fita até aos compósitos.

The growing environment concern has led to the study of hemp, hemp fibers and their applications for composite manufacturing. In the composites, the natural fibers act as reinforcement and the second component of the composite material, designated as the matrix, is a material capable of transferring the tensions to the reinforcement phase and ensuring the material cohesion. Thereby, to the development of this project, as matrix it was used the thermoplastic polymer, the PLA (polylactic polymer). These are biologically based resins, derived from natural and renewable resources, as they could be recyclable and reusable, unlike thermosetting polymers. PLA is a biodegradable polymer and, moreover, it possesses good mechanical and thermal properties with a low melting temperature (≈175 ℃), which allows it to be used alongside with natural fibers. Thus, the combination of natural fibers with biologically based polymers enables the manufacturing of 100% environmentally friendly materials with low environmental impact while also providing excellent thermal and acoustic properties. This dissertation project was undertaken at ENSAIT, École Nationale Supérieure Des Arts et Industries Textiles, Lille, France, through the Erasmus+ program. Its aim was the production of a hemp/PLA hybrid thread for composite manufacturing. To achieve this, a PLA/hemp hybrid thread was produced by wrapping a multifilament of PLA around the PLA/hemp blend on a hollow spindle spinning machine. The PLA/hemp hybrid thread was manufactured to be used for fabric production and was also utilized in the production of composites through the thermocompression process without the need for resin insertion, as the thermoplastic was added during the spinning stage. Textile and mechanical properties were characterized at every scale, from thread to composites.