Compósito polimérico com matriz termofixa de poliéster com fibras descontínuas de poliéster reciclado a partir de resíduos têxteis

Abstract

Nos últimos anos com o desenvolvimento da indústria têxtil, ocorreu um elevado aumento na procura por insumos que possibilitam a produção em larga escala e em um curto período de tempo. Desta forma, as fibras sintéticas são as mais empregadas no segmento têxtil, com destaque para as fibras de poliéster. Com uma elevada taxa de fabricação de produtos, a cadeia têxtil gera uma grande quantidade de resíduos que em muitos casos são incinerados, destinados à aterros ou lixões, e na maioria das vezes são descartados de forma incorreta, tanto pela indústria quanto pelo consumidor final, gerando um grande impacto ambiental. Quando esses resíduos são descartados de forma correta, podem passar por processos de reciclagem, podendo ser empregados em outras aplicações. Desse modo, neste trabalho será realizado um estudo para possível aplicação de fibras recicladas de poliéster proveniente da indústria têxtil para utilização como cargas em materiais compósitos. O uso de fibras recicladas para o desenvolvimento de compósitos poliméricos mostra-se como uma alternativa interessante, uma vez que as mesmas oferecem propriedades únicas podendo ser empregados em distintas aplicações. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem como objetivo a fabricação e caracterização de um compósito polimérico com matriz termofixa de poliéster com fibras de poliéster reciclado. A produção dos compósitos foi realizada com frações mássicas de fibras de 10%m, 20%m e 30%m via moldagem por compressão. Após o processo de conformação, foram realizadas caracterizações do compósito e da fibra reciclada via espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), termogravimetria (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e ensaio de tração. A partir da análise de FTIR foi possível constatar que o resíduo utilizado é constituído apenas de poliéster, além do mais, ocorreu o deslocamento das bandas no material compósito indicando interação química entre a matriz e a carga. À partir das análises térmicas de TGA e DSC foi possível constatar que a fibra reciclada possui uma boa estabilidade térmica comparando com a temperatura de degradação do PET virgem. Além do mais, constatou-se uma temperatura de transição vítrea (Tg) de 52 °C e temperatura de fusão de aproximadamente 255,0 °C, atribuídas a matriz e a fibra, respectivamente. A medida que a fração mássica de fibra é aumentada no material compósito ocorre a redução da temperatura de degradação, não sendo observadas modificações significativas em relação a Tg. Na análise do MEV contatou-se que o compósito com 30 %m de fibras apresenta melhor adesão e dispersão das fibras e menor quantidade de poros, contribuindo par a melhora das propriedades mecânicas. As propriedades mecânicas foram avaliadas a partir do ensaio de tração, onde todas as frações mássicas empregadas neste trabalho não atuaram como reforço, sendo a fração com 10%m a que mais apresentou redução em suas propriedades. Porém, o compósito com 30%m teve um aumento significativo no alongamento, além disso, comparando-se as três frações mássicas, foi o que menos sofreu perda no módulo e no limite de resistência à tração.

In recent years, with the development of the textile industry, there has been a high increase in the demand for inputs that enable large-scale production in a short period of time. In this way, synthetic fibers are the most used in the textile segment, especially polyester fibers. With a high rate of product manufacturing, the textile chain generates a large amount of waste that in many cases is incinerated, destined for landfills or dumps, and most of the time is disposed of incorrectly, both by the industry and by the final consumer, generating a large environmental impact. When these residues are discarded correctly, they can undergo recycling processes and can be used in other applications. Thus, in this work a study will be carried out for the possible application of recycled polyester fibers from the textile industry for use as fillers in composite materials. The use of recycled fibers for the development of polymeric composites is an interesting alternative, since they offer unique properties and can be used in different applications. Within this context, the present work aims at the manufacture and characterization of a polymeric composite with thermoset polyester matrix with recycled polyester fibers. The production of composites was carried out with fiber mass fractions of 10%m, 20%m and 30%m via compression molding. After the forming process, characterizations of the composite and recycled fiber were performed via Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetry (TGA), scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC) and tensile testing . From the FTIR analysis it was possible to verify that the residue used is constituted only of polyester, in addition, there was a displacement of the bands in the composite material, indicating chemical interaction between the matrix and the filler. From the thermal analysis of TGA and DSC it was possible to verify that the recycled fiber has a good thermal stability compared to the degradation temperature of the virgin PET. Furthermore, a glass transition temperature (Tg) of 52 °C and a melting temperature of approximately 255.0 °C were found, attributed to the matrix and the fiber, respectively. As the fiber mass fraction is increased in the composite material, the degradation temperature decreases, with no significant changes being observed in relation to Tg. In the SEM analysis, it was verified that the composite with 30% m of fibers presents better adhesion and dispersion of the fibers and less pores, contributing to the improvement of the mechanical properties. The mechanical properties were evaluated from the tensile test, where all the mass fractions used in this work did not act as reinforcement, the fraction with 10%m being the one that showed the most reduction in its properties. However, the composite with 30%m had a significant increase in elongation, in addition, comparing the three mass fractions, it suffered the least loss in modulus and in the tensile strength limit.