Effetto delle fibre fique e sua lavorazione

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 15143 (2022) Citare questo articolo

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Questo lavoro esamina la morfologia, le proprietà meccaniche e termiche dei biocompositi a base di resina epossidica-EP e fique (Furcraea andina), una coltura originaria del Sud America. I biocompositi EP-fique sono stati preparati utilizzando polvere di fique-FP, uno scarto industriale generato durante la lavorazione del fique, stuoie di fibra di fique non tessute-NWF e stuoie di fibra di fique unidirezionali-UF orientate a 0° e 90°. L'aggiunta di fique nella matrice EP limita il movimento delle catene di macromolecole EP e migliora la stabilità termica dell'EP. Le immagini SEM hanno mostrato che la forma della fique utilizzata (polvere o fibra) e la disposizione del tappeto possono generare cambiamenti nella morfologia dei biocompositi. La caratterizzazione meccanica mostra che la polvere fique e le fibre fique orientate a 90° agiscono come riempitivi per la matrice epossidica mentre le fibre fique orientate a 0° rinforzano la matrice EP aumentando il modulo a trazione e flessione fino al 5700 e 1100% rispettivamente e la resistenza a trazione e flessione fino al 277% e 820% rispetto all'EP puro. I risultati ottenuti possono aumentare l’interesse per la ricerca e lo sviluppo di prodotti derivanti dalle polveri fique e da altri sottoprodotti della lavorazione delle fibre naturali, riducendo così l’abbondanza di rifiuti nel suolo e nelle discariche e le preoccupazioni ambientali e suggeriscono che i biocompositi EP-fique sono promettenti per essere utilizzati nel settore automobilistico. settore.

Le Fique Fique vengono estratte dalla pianta fique (Furcraea andina), originaria della regione andina del Sud America, che presenta caratteristiche molto simili al Sisal e all'Henequen1. Il Ministero dell’Agricoltura e dello Sviluppo Rurale colombiano ha stabilito che nel corso del 2020 nel Paese sono state prodotte circa 19.000 tonnellate di piante di fique2. La lavorazione del fique comprende diverse fasi: taglio delle foglie, triturazione, fermentazione, essiccazione e confezionamento. Ha però un basso tasso di efficienza, poiché solo il 4% della foglia (fibre) viene utilizzato e commercializzato e il restante 96% (polvere e bagassa) viene generalmente scartato nel terreno e nelle discariche, causando gravi preoccupazioni ambientali a causa della loro elevata produzione. e accumulo (circa 100 Tonnellate all'anno). Le fibre vengono utilizzate per l'artigianato e la produzione di sacchi con telai rustici, utilizzando tecnologie tradizionali con prestazioni molto basse. In linea di principio, la sfida per i settori agricolo e industriale del fique consiste nel cercare alternative per utilizzare i sottoprodotti di scarto e fabbricare prodotti con un alto valore aggregato insieme alle fibre. Recenti ricerche hanno dimostrato che le fibre fique possono competere con altre fibre naturali conosciute per produrre biocompositi rinforzati o compositi rinforzati con fibre naturali (NFRC) per applicazioni tecnologiche. Negli ultimi anni è cresciuto l’interesse nell’utilizzo di fibre naturali, come il fique, per lo sviluppo di materiali alternativi. Principalmente, per la fabbricazione di nuovi prodotti sostenibili con costi inferiori e minori emissioni di CO2, possibilità di riciclaggio, biodegradabilità, prestazioni migliorate delle matrici polimeriche e cementizie, peso inferiore e alta disponibilità3,4. Queste caratteristiche potrebbero essere considerate un vantaggio rispetto ai materiali compositi basati sulle fibre sintetiche come il vetro o il carbonio, che presentano dipendenza dal petrolio e problemi di gestione dei rifiuti dopo il loro ciclo di vita.

Diversi studi hanno dimostrato che le proprietà meccaniche dei biocompositi sono influenzate da diversi fattori come il contenuto di fibre5,6, i trattamenti chimici delle fibre7, la geometria e l’orientamento delle fibre naturali8 e la differenza nei meccanismi di rottura tra particelle, fibre corte e lunghe biocompositi rinforzati9.

Salman et al.10 hanno studiato le proprietà meccaniche e morfologiche del kenaf tessuto orientato a 0°/90° e 45°/ − 45° e dei suoi biocompositi realizzati con resine epossidiche, poliestere e vinilestere. I loro risultati mostrano che l'orientamento delle fibre 0°/90° induce le più elevate proprietà meccaniche (resistenza a trazione, flessione e modulo) nei biocompositi. Un altro studio condotto sull'effetto del contenuto e dell'orientamento delle fibre sulle proprietà meccaniche dei compositi ibridi epossidico-iuta-Kevlar da Maharana et al.11 ha rivelato che il carico di fibre del 40% con un orientamento delle fibre di 30° migliora le proprietà di trazione del composito ibrido, mentre le proprietà di flessione erano massimizzato per un carico di fibra del 40% con orientamento della fibra a 45°. Prabakaran et al.12 hanno studiato l'effetto dell'orientamento delle fibre sulle proprietà meccaniche dei compositi in fibra di vetro epossidica orientati a 0°/90° e dei compositi non tessuti. I loro risultati mostrano che i compositi spirograph non tessuti a base di mat mostrano un orientamento delle fibre quasi isotropo e prestazioni meccaniche migliori rispetto ai compositi laminati tessuti. Negli ultimi anni sono stati segnalati e prodotti biocompositi a base epossidica, utilizzando biomassa lignocellulosica come paglia di grano13, banana, kenaf14, bambù15, sisal16, farina di noccioli di dattero17.