Evaluación de las propiedades mecánicas y micromecánicas de los materiales compuestos de polipropileno reforzado con fibras residuales provenientes del reciclado de recortes en la industria textil

Abstract

Every year, the textile industry generates large amounts of cellulosic waste during the production and fabrication stages. This waste is made up of fibers, with lengths are less than 10 mm that prevent its reintroduction into the manufacturing process of textile products and they end up dumped or incinerated. In this doctoral thesis, polypropylene composite materials reinforced with cellulosic waste from the textile industry have been obtained, in order to give them added value and reduce their environmental impact.

The cellulosic waste that has been used is cotton wool, due to cotton is the natural fiber that is the most used in making clothes. In this process, a greater amount of this waste is generated.

To obtain a polypropylene (PP) composite material reinforced with natural fibers, it is necessary to use a coupling agent to ensure a good interface between them. In addition, from a dyed cellulosic fiber, it has been used to study the effect of dye on the interface of the composite material. During this study, it was found that the organic dyes present in the cotton wool affect the quality of the interface in two ways. On the one hand, dyes increase the affinity between the cotton fibers and the matrix due to the hydrophilic character of the fibers decreases. So, they increases their chemical compatibility with the matrix. On the other hand, dyes limit the effect of coupling agents because they increase the difficulty they have in reacting with the hydroxyl groups present on the surface of the fiber.

The mechanical properties of the different composite materials produced using different amounts of reinforcement and coupling agent (MAPP) have been analyzed here. The results of the tensile tests have shown a remarkable increase of the tensile strength of the matrix. However, compounds formulated with MAPP have shown significantly higher tensile strength than compounds formulated without this coupling agent. In terms of stiffness, a linear evolution has been observed in the values of the Young’s Module of the composites directly proportional to the applied reinforcement content. In contrast, it has been found that the slope of the linear fit equation obtained through the graphical representation mentioned above is lower than that other polypropylene compounds reinforced with natural fibers

Cada any, la industria tèxtil genera grans quantitats de residu cel·lulòsic durant les etapes de producció i confecció de teixits. Aquest residu es compon de fibres amb longituds inferiors a 10 mm que impedeixen la seva reintroducció en el procés de fabricació de productes tèxtils i acaben abocades o incinerades. En aquesta tesi doctoral s’han obtingut materials compostos de polipropilè reforçats amb residus cel·lulòsics provinents de la indústria tèxtil, per tal de donar-los un valor afegit i reduir el seu impacte mediambiental.

El residu cel·lulòsic que s’ha utilitzat és la borra de cotó doncs, el cotó és la fibra natural que més s’utilitza en la confecció de vestits, procés en el que es genera una major quantitat d’aquests residus.

Per a l’obtenció d’un material compost de polipropilè (PP) reforçat amb fibres naturals és necessària la utilització d’un agent d’acoblament per a garantir una bona interfase entre elles. A més a més, en partir d’una fibra cel·lulòsica tenyida, s’ha aprofitat per estudiar quin efecte té el tint sobre la interfase del material compost. Durant aquest estudi s’ha trobat que els colorants orgànics presents a la borra de cotó afecten la qualitat de la interfase de dues maneres. Per una banda, augmenten la compatibilitat química entre les fibres de cotó i la matriu degut a que disminueixen el caràcter hidrofílic de les fibres. Per una altra banda, els tints limiten l’efecte dels agents d’acoblament degut a que incrementen la dificultat que tenen aquests per reaccionar amb els grups hidroxils presents a la superfície de la fibra.

Aquí mateix s’han analitzat les propietats mecàniques dels diferents materials compostos produïts utilitzant diferents quantitats de reforç i d’agent d’acoblament (MAPP). Els resultats dels assajos a tracció, han mostrat un increment notable de la resistència a tracció de la matriu. No obstant, els compostos formulats amb MAPP han mostrat una resistència a tracció sensiblement més alta que els compostos formulats sense aquest agent d’acoblament. Pel que fa a la rigidesa, s’ha observat una evolució lineal en els valors del Mòdul de Young dels compòsits directament proporcional al contingut de reforç aplicat. Per contra, s’ha constatat que el pendent de l’equació d’ajust lineal obtinguda a través de la representació gràfica esmentada anteriorment, és inferior al d’altres compostos de polipropilè reforçats amb fibres naturals