Development of composite materials based on natural fibres for the production of SMC compounds

The use of natural fibres as reinforcement for the production of composite materials and the use of adhesively bonded joints are two solutions widely studied to reduce the environmental impact of automotive components. In this study, the mechanical behaviours of a flax-reinforced unsaturated polyester (UP) resin and of three polymeric adhesives were tested. Because of the intrinsic hygroscopicity of natural fibres, preliminary testing was conducted to measure water content and water regain at varying storage conditions. Successively, the tensile properties of the flax were investigated. The composite material was produced reinforcing the aforementioned UP resin with three different contents (10%, 20% and 30% w/w) of two types of short (20 mm) randomly oriented flax: pre-dried flax and flax as such, stored under variable RH conditions. The material was tested, and the obtained results were compared with a simple theoretical model for composite materials (rule of mixture). The comparison showed that an optimization of the whole production process is required, either to match the theoretical predictions and to enhance the reproducibility of the tensile properties. Mechanical properties of the three polymeric adhesives were tested at different temperatures. The epoxy adhesive showed the best performances in terms of ultimate strength and failure mode.

L’utilizzo di fibre naturali come rinforzo nella produzione di materiali compositi e quello di adesivi all’interno di giunzioni sono due soluzioni ampiamente studiate per ridurre l’impatto ambientale di componenti per il settore automotive. In questo lavoro è stato studiato il comportamento meccanico di una resina poliestere insatura (UP) rinforzata con lino e quello di tre adesivi polimerici. A causa dell’intrinseca igroscopicità delle fibre naturali, sono stati condotti dei test preliminari per misurare il contenuto di acqua e la velocità di assorbimento al variare delle condizioni di umidità relativa durante lo stoccaggio. Successivamente, sono state testate le proprietà a trazione del lino. Il materiale composito è stato poi prodotto rinforzando la sopracitata resina poliestere con tre differenti quantitativi (10%, 20% e 30% m/m) di due tipi di fibra corta (20 mm) con orientazione casuale: essiccata e stoccata a condizioni di umidità relativa variabile. Il materiale è stato testato e i risultati ottenuti sono stati comparati con un semplice modello teorico per materiali compositi (regola delle miscele). Questa comparazione ha dimostrato come un’ottimizzazione dell’intero processo di produzione sia necessaria per ottenere proprietà meccaniche più vicine a quelle teoriche e per migliorarne la riproducibilità. Le proprietà meccaniche dei tre adesivi polimerici sono state testate a diverse temperature. L’adesivo epossidico ha mostrato le performance migliori in termini di resistenza massima e meccanismo di rottura.