Caracterización térmica, mecánica y morfológica de fibras naturales colombianas con potencial como refuerzo de biocompuestos

Abstract

Este estudio se enmarca en el campo de la ciencia e ingeniería de materiales enfocada al desarrollo de nuevos compuestos amigables con el medio ambiente. En este contexto, se evaluaron cinco fibras naturales colombianas: damagua (Poulsenia armata), guérregue, palma estera (Astrocaryum malybo), caña flecha (Gynerium sagitatum) e iraca (Carludovica palmata), con el fin de estudiar su viabilidad como refuerzo en materiales compuestos. Mediante diversas mediciones se determinaron las propiedades térmicas, mecánicas y morfológicas de las fibras naturales. El análisis térmico se hizo utilizando termogravimetría (TGA), y se demostró el carácter hidrofílico de las fibras y su estabilidad a elevadas temperaturas. Se ensayó la resistencia de las fibras a la tracción bajo condiciones de fuerzas axiales estáticas, y se encontraron variaciones en las propiedades mecánicas de cada uno de los especímenes. Las fibras de guérregue y caña flecha registraron valores de resistencia máxima competitivos muy similares a los reportados en otras investigaciones con fibras naturales, en tanto que las otras tres fibras tuvieron bajo desempeño. La microestructura de las fibras se examinó mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), y las imágenes revelaron una morfología compuesta por el lumen y la pared celular con variación entre los tamaños, comportamiento éste asociado a las propiedades mecánicas de las fibras naturales estudiadas. En conclusión, dos fibras presentaron las mejores propiedades y cumplieron con las condiciones de estabilidad térmica y resistencia mecánica que las hace aptas como refuerzo en la fabricación de biocompuestos con matrices poliméricas.

This study was conducted in the field of materials science and engineering and focused on the development of new eco-friendly components. For this purpose, we evaluated five Colombian natural fibers: damagua (Poulsenia armata), quérregue (Astrocaryum standleyanum), palm mat (Astrocaryum malybo), wild cane (Gynerium sagitatum) and iraca (Carludovica palmata), to evaluate their viability as reinforcement in composite materials. We measured the thermal, mechanical and morphological properties of these natural fibers by using thermogravimetric analysis (TGA) for the thermal analysis, which showed their hydrophilic character and their stability at high temperatures. We also tested their resistance to traction under static axial forces and we found variations in their mechanical properties. We found that guérregue and wild cane fibers showed maximum competitive strength values, similar to those found in other studies with natural fibers, while the other three fibers had a poor performance. Scanning electron microscopy (SEM) was used to examine the microstructure of the fibers showing a morphology composed of lumen and cell wall with variations among sizes, a behavior which is linked to their mechanical properties. As a result, we found that two of the fibers complied with the conditions of thermal stability and tensile stress to be used as reinforcement in the manufacturing of biocomposites with polymeric matrices.