Evaluation of virgin polypropylene and recycled polyethylene composites reinforced with sisal fibers for applications in automotive parts

The development of more resistant and inexpensive materials was important for the emergence of composites, materials that are the result of the mixing of two or more distinct components with improved properties. The use of vegetable fibers as reinforcing filler for polymer matrix composites, help to reduce the cost as well as maintaining product quality. The ease in sisal cultivation was of interest for its use in the production of composites with virgin polypropylene (PP) and recycled polyethylene (RPE) matrices. The fibers were divided into two groups: mercerized and acetylated. In order to evaluate the use in automotive parts, such as bumpers, fuel tanks, and internal coatings, were produced PP and REP composites reinforced with randomly oriented fibers in the percentages 0% wt., 5% wt., 10% wt. and 15% wt.. For the chemical treatment of fibers, were used 2% NaOH solution, and acetylation with acetic acid and acetic anhydride in the ratio (1:1,5). The characterization of the fibers and composites was done using Infrared (FTIR), UV-Vis by Diffuse Reflectance (UVDR) and Scanning Electron Microscopy (SEM) techniques to analyze fiber-matrix adhesion without damaging the fibers. The mapping of the chemical composition of the fibers and the polymers was obtained with the aid of the Energy-dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) technique. The mechanical evaluation was performed by means of hardness, impact and tensile tests. In order to guarantee the reliability of the results of the tensile test, it was used the Weibull Statistical Analysis, which provided the average value of the maximum tension supported by the test specimens. The main changes observed with the chemical treatments were the removal of impurities and the smaller amount of water absorbed in the acetylated fibers, which were better incorporated in the polymer matrices. The FTIR spectra presented the functional groups, UVDR made it possible to estimate the band energy values and the insulating character of the materials. The main fracture regions between the fiber and matrix can be observed through the surface analysis of the composites. Thus, PP composites were hard and fragile, while RPE composites were soft and tenacious. From the SEM images, it was noticed that the highest percentage of fibers used was not well incorporated in the matrices, which was confirmed through the other techniques used.O uso de fibras vegetais como carga de reforço para compósitos com matriz polimérica, ajuda a reduzir o custo e a manter a qualidade do produto. A facilidade no cultivo de sisal foi de interesse para o seu uso na produção de compósitos com matrizes de polipropileno virgem (PP) e de polietileno reciclado (PER). As fibras foram divididas em dois grupos: mercerizadas e acetiladas. Para avaliar o uso em peças automotivas, como para-choques, tanques de combustível e revestimentos internos, foram produzidos compósitos de PP e PER reforçados com 0%p, 5%p, 10%p e 15%p de fibras longas orientadas aleatoriamente. Para o tratamento químico das fibras, utilizou-se solução de NaOH 2% e acetilação com ácido acético e anidrido acético na proporção (1:1,5). A caracterização das fibras e compósitos foi realizada por meio de técnicas de Infravermelho (FTIR), UV-Vis por Reflectância Difusa (UVDR) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) para analisar a adesão fibra-matriz sem danificar as fibras. O mapeamento da composição química das fibras e dos polímeros foi obtido com o auxílio da técnica de Espectroscopia de Raios X por Dispersão de Energia (EDS). A avaliação mecânica foi realizada por meio de testes de dureza, impacto e tração. Para garantir a confiabilidade dos resultados do ensaio de tração, utilizou-se a Análise Estatística de Weibull, que forneceu o valor médio da tensão máxima suportada pelos corpos de prova. As principais alterações observadas com os tratamentos químicos foram a remoção de impurezas e a menor quantidade de água absorvida nas fibras acetiladas, que foram melhor incorporadas nas matrizes poliméricas. Os espectros de FTIR apresentaram os grupos funcionais e o UVDR possibilitou estimar os valores de energia da banda e o caráter isolante dos materiais. As principais regiões de fratura entre a fibra e a matriz foram observadas através da análise da superfície dos compósitos. Assim, os compósitos de PP se mostraram duros e frágeis, enquanto os de PER foram macios e tenazes. Das imagens de MEV, percebeu-se que a maior percentagem de fibras utilizadas não foi bem incorporada às matrizes, o que foi confirmado pelas demais técnicas utilizadas