Obtaining and characterization of jute hybrid polymer composite from glass fiber reinforced polymer laminates used in wind blade manufacturing

Não recebi financiamento At last years due to increasing use of composite materials of synthetic fibers with thermosetting matrix, several alterative have been sought trying to minimize the impacts generated by both the dispose of this material at the end of their useful life and by its heavy dependency of non-renewable resources as petroleum based products for the production of raw materials. As alternative to introduce composites materials that have least environmentally impact natural fibers have drawn attention of researchers. In this work the aim is to manufacture by vacuum infusion process, composite laminates hybrid adding woven jute fiber in structural weaving fiberglass with epoxy resin matrix. The quality of laminate was analyzed by fiber weight fraction determining and thermal analysis by DSC (Differential Scanning Calorimetry) and DMTA (Dynamic Mechanical Thermal Analysis). It was possible to manufacture hybrids laminates by vacuum infusion with fiber fraction in about 60%. Hybrids laminates presented had a reduction of density of 20% with relation to the glass reinforced plastic. Regarding to mechanical properties, the laminates were characterized by tensile, compression and ILSS testing. With respect to hybrid laminates, the better results of tensile properties such as strength and young's modulus was achieved by the laminates with fiber oriented in 0/90° (H0/90) with maximum strength value near to 200 MPa, while for orientation ±45° (H45 e H45/0/90) the strength results were 68 MPa and 84 MPa, respectively. In this case can be highlighted the hybrid laminate H45, whose tensile strength (83,9 MPa) has not present significant changes with the introduction of jute fiber (with increase of 60% its thickness) compared with glass reinforced plastic (84,5 MPa) for the same fiber orientation. For compressive strength the best result was presented by the laminates H0/90 (fibers in 0/90°) as well, with values close to 150 MPa while the laminates to ±45° (H45 e H45/0/90) presented values of 90 MPa. Regarding to ILSS the variation of strength was smaller, 25 MPa to direction 0/90° and 23 MPa and 21 MPa to H45 and H45//0/90 laminates, respectively. Therefore, mechanical properties were significantly influenced by plies orientation in the laminates and by the hybridization with jute fibers. Nos últimos anos, devido ao crescente consumo de compósitos de fibras sintéticas com matriz termorrígida, várias alternativas têm sido buscadas a fim de minimizar os impactos gerados tanto pelo descarte desse material ao fim de sua vida útil, quanto pela grande dependência de derivados de recursos não renováveis, como o petróleo para a produção das matérias-primas. Como uma das alternativas de introduzir na área de compósitos, materiais que tenham menores impactos ambientais, as fibras naturais têm recebido atenção de pesquisadores. Assim, neste trabalho foram moldados pelo processo de infusão à vácuo, compósitos de laminados híbridos através da utilização de tecidos de fibras de juta e tecidos estruturais de fibras de vidro com matriz de resina epóxi. A qualidade dos laminados foi analisada por meio da determinação da fração mássica de fibra e por análise térmica de DSC (Differential Scanning Calorimetry) e DMTA (Dynamic Mechanical Thermal Analysis. Foi possível moldar laminados híbridos pelo processo de infusão com fração de fibra em cerca de 60%. Os laminados híbridos apresentaram uma redução na densidade de 20% em relação aos compósitos contendo somente fibras de vidro. Em relação às propriedades mecânicas, os compósitos laminados foram caracterizados através dos ensaios de tração, compressão e cisalhamento interlaminar (ILSS). Entre os laminados híbridos, os melhores resultados de propriedades de tração, como resistência e módulo de elasticidade foram alcançados pelos laminados com ambas as fibras orientadas a 0/90° (H0/90), com valor de tensão máxima próximo a 200 MPa, enquanto que para as orientações ±45° (H45 e H45/0/90) os valores foram próximos de 68 e 84 MPa, respectivamente. No caso, pode ser destacado o laminado híbrido H45, cuja resistência a tração (83,9 MPa) não apresentou mudanças significativas com a introdução das fibras de juta (com acréscimo de 60% na espessura) quando comparado ao laminado de fibras de vidro (84,5 MPa) com mesma orientação. A melhor resistência à compressão também foi apresentada pelos laminados orientados a 0/90° (H0/90) com valores próximos a 150 MPa, enquanto os laminados a ±45° (H45 e H45/0/90) apresentaram os valores de 90 MPa. Em relação à resistência ao cisalhamento interlaminar, entre os laminados híbridos, a variação entre as orientações foi menor, 25 MPa para a direção 0/90° e, 23MPa e 21MPa para os laminados H45 e H45//0/90, respectivamente. Assim, as propriedades mecânicas foram influenciadas significativamente pela orientação das v camadas nos laminados e pela introdução das fibras de juta. Desta forma, conclui-se que a significativa redução de algumas propriedades possivelmente invalida a utilização das configurações híbridas estudadas para aplicações estruturais nas pás eólicas. No entanto, as configurações de laminados híbridos, desenvolvidas e analisadas neste trabalho podem ser aplicadas para moldar componentes em compósitos para peças não estruturais ou com menores requisitos de resistência, como para o segmento automotivo, e ainda com possibilidades de melhorias.