Influence of flotation residue copper ore on the physical and mechanical properties of thermoset matrix composites and banana fiber (musa sapientum, musacae)

Growing environmental concern has driven the development of alternative materials from renewable resources. The vegetable fibers have been used in various economic sectors to replace synthetic fibers. Vegetable fibers offer advantages such as low cost, are not toxic and low density. Hard particles are added the polymer to increase the modulus, increase the thermal conductivity of the composite as well as can increase toughness. This work has as objectives the mechanical analysis (tensile, flexural and impact), physical analysis (apparent density, porosity and water absorption), flame retardance analysis (flammability test) and morphological electron microscopy (scan) of the pure matrix, reinforced polymeric composite with flotation residue of copper ore, the polymeric composite reinforced with banana fibers and the hybrid polymeric composite reinforcement banana fibers and residue copper. The manufacture of the composites was performed by the manual process (hand lay-up) at room temperature, under pressure and using a standard metal mold. 10 specimens of the test piece for each fraction and the pure polymer matrix were manufactured. The polymer composites were manufactured by following its mass fractions: the fibers vary by 1%, 2% and 3%, the copper residue ranging in 10%, 20%, 30% and 40%, and the hybrid composite with 1% and 2% fiber with addition of 10% and 20% copper residue. The addition of the residue particles significantly increased the value of apparent density of the composite, in turn caused the decrease of the apparent porosity and water absorption. For the tensile tests the compound showed a significant better result was reinforced with 1% banana fiber with 38,50 MPa. Polymeric composites reinforced with 2% banana fiber, reinforced with 40% copper residue, and the hybrid composite with 2% fiber and 20% copper residue showed the best maximum flexural strain results with 156,03 MPa, 153,21 MPa and 198,16 MPa, respectively. And for the impact test, the composite that obtained the best results among the samples tested was the hybrid composite with 2% banana fiber and 20% copper residue with 21,26 kJ/m². The composites were not classified as flame retardant material, despite all they HB rating, they did not fit within the classification according to UL 94. The mechanical properties were evaluated from the tests carried out and the fractured surfaces were examined by scanning electron microscopy, in which the predominant mechanisms of failure in the composites that presented the best results were breaking of the fibers and for the fractions of 30% and 40% there was a better dispersion of the particles inside the matrix allowing the improvement of its properties.A crescente preocupação ambiental tem impulsionado o desenvolvimento de materiais alternativos provenientes de recursos renováveis. As fibras vegetais vêm sendo utilizadas em diversos setores econômicos em substituição às fibras sintéticas. As fibras vegetais oferecem vantagens como baixo custo, não são tóxicas e baixa densidade. Partículas rígidas, adicionadas aos polímeros aumentam o módulo de elasticidade, aumentam a condutividade térmica do compósito assim como podem aumentar a tenacidade. Este trabalho possui como objetivos a análise mecânica (tração, flexão e impacto), física (massa específica aparente, porosidade aparente e absorção de água), análise de retardância de chama (ensaio de flamabilidade) e morfológica (microscopia eletrônica de varredura) da matriz plena, do compósito polimérico reforçado com resíduo de flotação do minério de cobre, do compósito polimérico reforçado com fibras de bananeira e do compósito polimérico híbrido com reforço de fibras de bananeira e resíduo de cobre. A fabricação dos compósitos foi realizada pelo processo manual (hand lay-up), à temperatura ambiente, com pressão e utilizando um molde metálico padronizado. Foram fabricados 10 corpos-de-prova para cada fração e para a matriz polimérica plena. Os compósitos poliméricos foram fabricados seguindo as suas frações mássicas: as fibras variando em 1%, 2% e 3%, o resíduo de cobre variando em 10%, 20%, 30% e 40%, e o compósito híbrido com 1% e 2% de fibra com adição de 10% e 20% de resíduo de cobre. A adição da partícula do resíduo aumentou significativamente o valor da massa específica aparente do compósito, em contrapartida ocasionou a diminuição dos valores de porosidade aparente e absorção de água. Para os ensaios de tração o compósito que melhor apresentou resultado significativo foi o reforçado com 1% de fibra de bananeira com 38,50 MPa. Os compósitos poliméricos reforçados com 2% de fibra de bananeira, reforçados com 40% de resíduo de cobre, e o compósito híbrido com 2% de fibra e 20% de resíduo de cobre apresentaram os melhores resultados de tensão máxima à flexão com 156,03 MPa, 153,21 MPa e 198,16 MPa, respectivamente. Já para os ensaios de impacto, o compósito que obteve os melhores resultados entre as amostras ensaiadas foi o compósito híbrido com fração 2% de fibra e 20% de resíduo com 21,26 kJ/m². Os compósitos não foram classificados como materiais retardantes de chama, apesar de todos obterem classificação HB, eles não se adequaram dentro da classificação de acordo com a norma UL 94. As propriedades mecânicas foram avaliadas a partir dos ensaios realizados e as superfícies fraturadas foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura, na qual os mecanismos de falhas predominantes nos compósitos que apresentaram melhores resultados foi o rompimento das fibras e para as frações de 30% e 40% houve uma melhor dispersão das partículas dentro da matriz possibilitando a melhoria de suas propriedades