Stage 7 – Foreign resource concentration

En la tabla N° 3.1, se presentan los valores promedio d la resistencia a la tracción de los compuestos reforzados con fibra de Coco nucífera en porcentajes en peso de 15%, 20% y 25% en peso, sin y con tratamiento con NaOH en porcentajes de 5%, 10% y 15%.

Tabla N° 3. 1. Valores de resistencia a la tracción de compuestos reforzados con fibra de Coco nucífera.

Resistencia a la tracción (MPa)

Compuesto Fibra de Coco Nucífera (%w)

15 20 25 ST 32.06 41.34 53.57 5% NaOH 34.93 43.21 56.18 10% NaOH 38.43 46.63 61.15 15% NaOH 41.02 47.87 63.59 15 20 25 0 10 20 30 40 50 60 70 R es is tenci a m axi m a a la tr acc ion (M Pa)

Porcentaje en peso de fibra (%)

S. T. 5% NaOH 10% NaOH 15 % NaOH

Figura N° 3. 1. Comparación de los valores de resistencia a la tracción de compuestos reforzados con fibra de Coco nucífera tratada y sin tratamiento alcalino.

En la figura N° 3.1, se compara gráficamente los valores de resistencia a la tracción de los compuestos reforzados con fibra de Coco nucífera, a diferentes porcentajes en peso, además de ello estas fibras son tratadas con NaOH al 5%, 10% y 15%. De la presente figura, podemos deducir que la resistencia a la tracción de los compuestos se incrementa de forma proporcional, al incremento del porcentaje en peso de fibra de

Coco nucífera como material de refuerzo. En el caso de los compuestos reforzados con fibras sin tratamiento, el valor máximo de resistencia a la tracción fue de 53.57 MPa y el valor mínimo 32.06 MPa, para los compuestos reforzados con 15% y 25% en peso de fibra respectivamente. Caso similar se observa para los compuestos reforzados con estas fibras tratadas al 5% de NaOH, el máximo valor de resistencia a la tracción es de 56.18 MPa y un valor mínimo de resistencia de 34.93 MPa para compuestos reforzados con 15% y 25% en peso de fibra, respectivamente. Así mismo los compuestos reforzados fibras tratadas con 10% de NaOH, el máximo valor de resistencia a la tracción es de 61.13 MPa y el valor mínimo de resistencia fue 38.43 MPa, de los compuestos reforzados con 15% y 25% en peso de fibra respectivamente. Y por último los compuestos reforzados con fibras tratadas al 15% de NaOH, el máximo valor de resistencia a la tracción es de 63.59 MPa y el valor mínimo de resistencia fue 41.02 MPa, de los compuestos reforzados con 15% y 25% en peso de fibra respectivamente. De lo expresado se puede deducir que el incremento del porcentaje en peso de fibra de Coco nucífera, como material de refuerzo, mejora la resistencia a la tracción en un 34.49% en el mejor de los casos, como en el compuesto reforzado con fibras de Coco nucífera tratada al 15% de NaOH. Según (Naveen, Jawaid, Zainudin, & Sultan, 2018), expresa lo siguiente “La capacidad de refuerzo de las fibras depende de varios factores tales como la resistencia mecánica de las fibras, la polaridad de la fibra, las características de la superficie y la presencia de centros reactivos. Todos estos factores controlan la interacción interfacial entre la fibra y la matriz. Además, factores como la cantidad de refuerzo, las condiciones o técnicas de procesamiento tienen un efecto considerable sobre las propiedades mecánicas de los materiales compuestos reforzados con fibras” también se tiene a, (Nadendla, 2017), en su artículo realizaron

18.33% en peso de fibra, manifiesta que; “el incremento del contenido de fibra en el

compuesto de matriz polimérica restringe la movilidad de las cadenas poliméricas, disminuyendo la capacidad del material compuesto para deformarse, eso se debe a la función de la matriz de transmitir, distribuir y reducir las tensiones en las fibras aumentando así las propiedad de resistencia a la tracción del compuesto”.de lo expresado por los presentes autores, podemos decir que efectivamente el porcentaje de refuerzo, es una variable de gran influencia sobre las propiedades mecánicas, como es el caso de la resistencia a la tracción. (Neeraj, Geeta, Rajesh, & Swadesh, 2016), realizaron un estudio del efecto del porcentaje en peso de fibra de Coco nucífera en un rango 0 a 30%, tratada con el 30% de NaOH por un tiempo de 5 horas a temperatura de 100°C, de este trabajo expresan que, “El tratamiento alcalino crea una topografía superficial rugosa en la fibra, y mejora la adhesión con la matriz polimérica de resina poliéster. Además la eliminación de hemicelulosas de manera excesiva hace que el material sea menos denso y rígido, y se reordene en la dirección de la deformación por tracción.”, por tanto podemos decir que los parámetros en el tratamiento de mercerizado, considerados en el presente estudio, son suficientemente adecuados para cambiar y así mejorar la topografía superficial de las fibras de coco nucífera, como se puede evidenciar en la figura N° 3.2, pero no suficiente para poder comparar con los datos obtenidos por (Neeraj, Geeta, Rajesh, & Swadesh, 2016), el cual reporta una resistencia máxima a la tracción de 73.15 MPa con un 25% en peso de fibra de Coco nucífera como refuerzo; y expresa que “la concentración de NaOH y tiempo de mercerizado, son

dos parámetros muy importantes en el tratamiento superficial de las fibras naturales, y existe la posibilidad de mejorar las características hidrófobas de la fibra como obtener todo lo contrario”, por tanto los resultados reportados no se acercan a los presentados por el presente autor, generando así una posibilidad de desarrollar una investigación más detallada y con porcentajes de NaOH mayor al 15%. Por otro lado, se evidencia una falta de adherencia entre las fibras de Coco nucífera y la matriz poliéster (ver figura N° 3.3), esto afectó de manera negativa en los resultados de resistencia a la tracción reportados. Se presentan evidencias del cambio topográfico de las fibras de Coco nucífera, tratadas y sin tratamiento (ver figura N° 3.2), causantes del mismo modo de los bajos valores de resistencia a la tracción.

Figura N° 3. 2. Topografía superficial de la fibra de Coco nucífera; a) sin tratamiento, b) tratada con 5% de NaOH, c) tratada con 10% de NaOH y d) tratada con 15% de

NaOH.

En la figura N° 3.2, se presentan causas posibles a los bajos valores de resistencia reportados (ver figura N° 3.1), mediante la comparación de la superficie de la fibra de

Coco nucífera con y sin tratamiento. En la figura N° 3.2 a) se aprecia una superficie irregular, con gran contenido de pulpa vegetal cubriendo completamente la fibra, esta pulpa probablemente posee baja resistencia y adherencia con la fibra, causando así los

a

d

c

b

componentes lignocelulósicos como lignina, hemicelulosa, pectina, grasas y ceras constituyendo esta capa de “pulpa” que recubre a la fibra, así mismo se evidencia la exposición de la superficie de la fibra de coco nucífera. Así mismo en figura N° 3.2 c) la eliminación de esta capa que recubre la fibra (pulpa) es mayor, exponiendo por primera vez la superficie de la fibra de coco nucífera, también es evidente notar una línea media en la fibra con un bajo contenido de esta pulpa, del mismo modo se puede decir que la fibra no es circular. Por ultimo en la figura N° 3.2 d), se presenta el efecto del tratamiento de mercerizado en la superficie de la fibra, con una baja eliminación de componentes lignocelulósicos y rugosidad de la fibra, siendo esta la responsable de mejorar la adherencia de la fibra en la matriz. Como complemento se presentan datos de porcentaje de absorción de agua de estas fibras, y como la pulpa tiene influencia sobre esta propiedad (Ver figura N° 3.4).

Figura N° 3. 3. Falla por tracción de compuestos a) S. T. desprendimiento de fibras, b) 5% NaOH estricción de matriz y desprendimiento de fibra, c) 10% NaOH desprendimiento de

fibras y d) 15% NaOH desprendimiento de fibras.

a

b

El patrón de modo de falla se evidencia en las imágenes presentas en las figura N° 3.3, (Koichi, Sreekala, Gomes, Takeshi, & Junji, 2006), describe a esto de la siguiente manera “la longitud de fibra, relacionada directamente con la relación de aspecto (longitud/diámetro), es un factor que también tiene una alta incidencia en las propiedades mecánicas del material compuesto. Al aplicar un esfuerzo de tracción, la transmisión de carga es nula en los extremos de la fibra, mientras que en la matriz se genera un patrón de deformación. Este patrón se debe a un proceso de transmisión de carga en el cual es importante la magnitud de la unión en la interface de la matriz y fibra” (ver Figura 1.12), por tanto en todos los casos existe una baja adherencia entre la fibra y la matriz, por ello se reportaron resistencia a la tracción bajas.

Tabla N° 3. 2. Valores máximos de porcentaje de absorción de fibras de Coco nucífera sin y con tratamiento.

Tiempo (horas)

Porcentaje de absorción de agua (%)

S. T 5% NaOH 10% NaOH 15% NaOH

12 81.04 69.52 61.01 51.17

En la figura N° 3.4, se representan los valores porcentuales de absorción de agua, de las fibras sin y con tratamiento de mercerizado. De estos valores se describen 4 líneas, una de color negro correspondiente para las fibras sin tratamiento, la línea roja es de las fibras tratadas con 5% de NaOH, la línea de color azul a las fibras tratadas con un 10% de NaOH y por último, la línea de color rosado, es de las fibras con tratamiento al 15% de NaOH. Con valores de porcentaje de humedad del 81.04%, 69.52%, 61.01% y 51.17% respectivamente. Es claro observar y deducir que la reducción del comportamiento hidrofílico de las presentes fibras, es en un 36.85% máximo, este porcentaje está por debajo del 50% y considerando las condiciones del tratamiento de las fibras, se puede decir que no fueron de gran beneficio para mejorar así la adherencia entre la fibra y matriz, y con ello obtener altas resistencias a la

0 2 4 6 8 10 12 0 20 40 60 80 Porcent aj e de absorci on de agua (%) Tiempo (horas) S. T. 5% NaOH 10% NaOH 15% NaOH

Figura N° 3. 4. Absorción de agua de fibras de Coco nucíferacon y sin tratamiento de mercerizado a diferentes porcentajes de NaOH.

Como ya se presentó en la figura N° 3.2, existe una capa que cubre por completo a la fibra, esta es la responsable de ser químicamente inestable con la humedad del medio ambiente, a consecuencia de su alto grado de hidrofilidad. Por tanto el alto valor porcentual de absorción de agua de las fibras, son a causa de esta gruesa capa que recubre a las fibras, y así mismo de que; las concentraciones de NaOH no sean de gran efecto en el cambio y mejora de la superficie de la fibra, como incremento de la rugosidad y reducción de la hidrofilidad de las fibras respectivamente. De lo descrito se puede reforzar con micrografías que evidencian desprendimiento de las fibras para todos los casos de mercerizado, después de haber sometido al compuesto ante fuerzas

CAPITULO IV

CONCLUSIONES Y

RECOMENDACIONES

IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES