Obtención de Materiales Compuestos de Matriz Polimérica Biodegradable Reforzada con Fibra Natural

Abstract

Este estudio se centra en la elaboración y caracterización mecánica de probetas de ácido poliláctico (PLA) puro, y de compuestos de esta matriz, reforzada con fibra natural de abacá. Inicialmente se definió una estrategia metodológica para establecer los parámetros más adecuados para el moldeo por compresión de los materiales indicados, incluyendo presión, temperatura y tiempos de moldeo. Una vez definidos estos parámetros se elaboraron láminas de material compuesto con diferentes fracciones volumétricas: 0,13 y 0,20 y orientaciones: fibra corta dispersa aleatoriamente de 10 mm y fibra continua unidireccional. A continuación se caracterizó mecánicamente tanto la matriz de PLA como los materiales compuestos. Esta caracterización incluyó ensayos mecánicos normalizados de tracción, flexión e impacto. Las resistencias a la tracción, flexión e impacto del PLA fueron 50 MPa, 69MPa y 197 J/m, respectivamente. Como resultado se determinó que para los materiales reforzados con fibra de 10 mm dispersa aleatoriamente, la adición de fibra no mejora las propiedades de tracción y flexión, pero incrementa la resistencia al impacto. Para las configuraciones de 13 y 20 vol% de fibra continua unidireccional, las propiedades mejoran, siendo la mejor la de 20 vol% con un incremento de hasta del 165% en la resistencia a la tracción (132 MPa) y de 130% en el módulo de elasticidad (9.223 MPa). En la resistencia a la flexión (104,4 MPa) y en el módulo de flexión (5.570 MPa) se tuvieron incrementos de 50 y 100%, respectivamente. La resistencia al impacto aumentó un 200% respecto a las propiedades de la matriz de PLA. Las propiedades de la mejor formulación de este estudio son comparables a las de otros biocompuestos PLA/fibras naturales como aquellos reforzados con lino y algodón yute, que muestran resistencias a la tracción de 70 y 100 MPa, respectivamente. Finalmente, se fabricó un molde de acero para elaborar un prototipo mediante termoformado de láminas, tanto de PLA como de material compuesto. El prototipo fabricado es una bandeja para productos alimenticios que a su vez funciona como caja para recuerdos. Durante el proceso de termoformado se determinó experimentalmente que el mínimo espesor de la lámina a termoformar es