Escola de Doctorat

Arxiu de notícies

Arxiu de notícies

11/02/2014
Més coneixement en materials compostos de polietilè reforçats amb fibres naturals
imatge

Una tesi de la Universitat de Girona ha posat en qüestió els procediments de modelització de compostos termoplàstics reforçats amb fibres naturals i en proposa d’alternatius que responen millor a les característiques del material.

Hi ha tot un món d’oportunitats per a la incorporació de fibres naturals, procedents o no del reciclatge, en els materials plàstics. Però la seva expansió ha topat amb un coneixement deficient del resultat de la barreja, perquè els models d’anàlisi del compost han resultat, fins ara, inadequats. Si més no, aquesta és una de les conclusions que presenta la tesi doctoral que ha defensat l’enginyer industrial Jordi Bayer, que ha presentat una modelització alternativa i molt més acurada, la qual, permet millorar el coneixement del comportament dels materials que ha sotmès a estudi.

Valorización de materiales compuestos de HDPE con fibras de agave sislana. Aproximación a un paradigma de geometria fractal para las fibras és una tesi doctoral, el resultat de la investigació de Jordi Bayer, la qual, ha estat dirigida pels professors de la UdG, Fabiola Vilaseca i Xavier Espinach, del Departament d’Enginyeria Química, Agrària i Tecnologia Agroalimentària i del Departament de Gestió, Organització Empresarial i Gestió de Producte, respectivament. La recerca de Bayer ha posat en dubte la modelització que s’ha fet servir fins ara per caracteritzar els compostos d’HDPE reforçats amb fibres naturals, perquè “es podria dir que les teories actuals resulten bones o dolentes en funció de diversos paràmetres difícilment quantificables en el si del compost, com són la interacció fibra-matriu i l’orientació real de les fibres”.

De l’afirmació de l’autor es desprèn que l’objectiu primordial de la tesi ha estat reduir la incertesa en un aspecte crucial com és el de la interacció fibra-matriu i la posició de les fibres en el compost, per a la qual cosa ha proposat un mètode innovador a partir d’una teoria coneguda, la de la modelització de compostos termoplàstics a partir de reforços de fibres naturals de Kelly-Tyson. L’objectiu s’ha assolit amb la generalització de l’equació de Kelly-Tyson per a geometries de fibra de secció no circular, i amb l’adaptació d’un paradigma fractal i la inclusió del diàmetre variable. Els diferents resultats que ha obtingut Jordi Bayer confirmen que, amb l’ús de les fibres naturals, es relativitzen conceptes que, amb l’ús de fibres clàssiques, com la de vidre, resultaven consistents.

Per a la mostra Bayer ha utilitzat un compost de polietilè d’alta densitat (HDPE) reforçat amb fibres de sisal en un 40% del pes. Per dur a terme les simulacions ha disposat de les més modernes eines de mesura de geometria superficial, com són l’AFM (Atomic Force Microscope), SEM (Scanning Electron Microscope) i TEM (Transmission Electron Microscope), complementats amb les tècniques més avançades en el disseny assistit per ordinador (CAD) per a la representació tridimensional de la fibra, amb la intenció de poder aplicar l’equació de Kelly-Tyson a qualsevol forma de secció transversal de la fibra.

Altrament, amb la tesi demostra que l’ús d’eines d’última generació en visualització tridimensional, complementades amb l’aplicació de les tècniques més modernes d’observació nanoscòpica (AFM) fa possible assolir quantificacions d’àrea superficial “més properes a la realitat observable”. Es confirma, al mateix temps, la necessitat d’un model específic per al càlcul dels compostos amb sisal i, en general, amb fibres naturals.

Complementàriament, Jordi Bayer ha desenvolupat dos nous mètodes que poden ser d’aplicació en treballs futurs, com ho és el de càlcul de l’orientació de les fibres en el si del compost i el de superposició i representació tridimensional de les fibres.

 

Imatge: anàlisi quantitativa de micrografies SEM de la fibra de sisal (40%) en el compost HPDE sense agent d’acoblament. Font: J. Bayer