Caracterización térmica, mecánica y microestructural de un material compuesto de matriz poliéster reforzada con fibra natural de banano y su posible aplicación industrial
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Date
2023-09
Authors
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, Carrera de Ingeniería Mecánica
Abstract
This study investigated the feasibility of using natural banana fiber as reinforcement in a
polymeric material made up of polyester resin. The banana fiber was obtained from waste
produced from a banana plantation in Ecuador, making it an attractive option due to its
easy availability, low cost, and low environmental impact.
Three different volumetric proportions were established (80 matrix - 20 fiber, 70 matrix -
30 reinforcement and 60 matrix - 40 reinforcement) to identify the compound with the
best mechanical behavior. Mechanical impact, hardness and abrasion tests were carried
out, following the ASTM D5628-10, ASTM D2240-15 and ASTM G0195-13a standards,
respectively. In addition, microstructure analysis was performed using a Scanning
Electron Microscope (SEM) and calorimetry with a Differential Scanning Calorimeter
(DSC).
The results highlight that the composite material with a proportion of 70 percent polyester
resin and 30 percent fiber showed the best mechanical properties, with impact energy
values of 0.23J, hardness of 73.1 Shore D, abrasion index of 23.4 (mg/cycle) and a peak
temperature of 113.88 degrees Celsius. Banana fiber represents a promising alternative as
reinforcement in polyester resin composites, and the composite with the ratio of 70 percent
matrix and 30 percent reinforcement demonstrated optimal mechanical behavior. These
results have important potential applications in various industries, such as construction,
automotive, and aeronautics.
Description
Este estudio investigó la viabilidad de utilizar fibra natural de banano como refuerzo en
un material polimérico compuesto de resina de poliéster. La fibra de banano se obtuvo a
partir de residuos producidos de una plantación bananera en Ecuador, lo que la convierte
en una opción atractiva debido a su fácil disponibilidad, bajo costo y su bajo impacto
ambiental.
Se establecieron tres proporciones volumétricas diferentes (80 matriz - 20 fibra, 70 matriz
- 30 refuerzo y 60 matriz - 40 refuerzo) para identificar el compuesto con el mejor
comportamiento mecánico. Se llevó a cabo ensayos mecánicos de impacto, dureza y
abrasión, siguiendo las normas ASTM D5628-10, ASTM D2240-15 y ASTM G0195-13a,
respectivamente. Además, se realizó análisis de microestructura mediante un Microscopio
Electrónico de Barrido (SEM) y de calorimetría con un Calorímetro Diferencial de Barrido
(DSC).
Los resultados destacan que el material compuesto con una proporción del 70 por ciento
de resina de poliéster y 30 por ciento de fibra mostró las mejores propiedades mecánicas,
con valores de energía de impacto de 0.23J, dureza de 73.1 Shore D, índice de abrasión
de 23.4 (mg/ciclo) y un pico de temperatura de 113.88 grados centígrados. La fibra de
banano representa una alternativa prometedora como refuerzo en materiales compuestos
de resina de poliéster, y el compuesto con la proporción del 70 por ciento de matriz y 30
por ciento de refuerzo demostró un comportamiento mecánico óptimo. Estos resultados
tienen importantes aplicaciones potenciales en diversas industrias, como la construcción,
la automoción y la aeronáutica.
Keywords
RESINA POLIÉSTER, FIBRA DE BANANO, ENSAYOS MECÁNICOS, SEM, DSC