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Revista Chapingo serie ciencias forestales y del ambiente
versión On-line ISSN 2007-4018versión impresa ISSN 2007-3828
Rev. Chapingo ser. cienc. for. ambient vol.30 no.1 Chapingo ene./abr. 2024 Epub 03-Dic-2024
https://doi.org/10.5154/r.rchscfa.2023.02.012
Artículo científico
Desempeño físico-mecánico de un biocompuesto de matriz epóxica reforzado con fibra de Agave angustifolia Haw.
1Universidad Autónoma Chapingo, Ingeniería Agrícola y uso Integral del Agua. Carretera México-Texcoco km 38.5. C. P. 56230. Texcoco, Estado de México, México.
2Universidad Autónoma Chapingo, División de Ciencias Forestales. Carretera México-Texcoco km 38.5. C. P. 56230. Texcoco, Estado de México, México.
3Universidad Autónoma Chapingo, Ingeniería Mecánica Agrícola. Carretera México-Texcoco km 38.5. C. P. 56230. Texcoco, Estado de México, México.
4Universidad Autónoma Chapingo, Ingeniería Agroindustrial. Carretera México-Texcoco km 38.5. C. P. 56230. Texcoco, Estado de México, México.
Introducción:
Los biocompuestos reforzados con fibras naturales son importantes por el aprovechamiento de residuos biodegradables y renovables.
Objetivo:
Evaluar el desempeño físico-mecánico de un biocompuesto laminar desarrollado con una matriz de polímero epóxica de baja viscosidad, reforzada con fibras de bagazo de Agave angustifolia Haw.
Materiales y métodos:
Se elaboraron 12 paneles combinando tres contenidos de fibra (18 %, 24 % y 30 %) con cuatro longitudes (1 mm, 3 mm, 6 mm y mezcla). Se realizaron pruebas mecánicas y los resultados se compararon con un patrón (resina pura). En la interfaz fibra-matriz se evaluaron tres tratamientos químicos (bicarbonato de sodio, vinil triethoxy silano e hidróxido de sodio) y su efecto en las propiedades físico-mecánicas; además, se evaluó la hibridación con fibra de vidrio.
Resultados y discusión:
La incorporación de fibra redujo 15.27 % la resistencia última a la tracción y flexión del biocompuesto; sin embargo, incrementaron hasta 1/3 los módulos de tracción y flexión con respecto al patrón. El mejor tratamiento químico (bicarbonato de sodio) incrementó las propiedades mecánicas de las fibras (dureza [46 %] y resistencia a la tracción [6 %] y flexión [24 %]) y la resistencia al impacto (38 %), mientras que la densidad y la resistencia a la humedad disminuyeron 17 % y 11 %, respectivamente. La combinación fibras agave/vidrio incrementó la resistencia a la flexión hasta 77.3 %.
Conclusiones:
Las fibras de A. angustifolia tienen potencial para implementarlas en la industria, ya que mejoran las propiedades mecánicas del material; además, su uso representaría una alternativa de manejo de los residuos de desecho.
Palabras clave: bagazo de agave; bicarbonato de sodio; fibra de vidrio; residuos agroindustriales; resistencia de materiales
Introduction:
Biocomposites reinforced with natural fibers are important for the use of biodegradable and renewable waste.
Objective:
The aim of this study was to evaluate the physical-mechanical performance of a laminar biocomposite developed with a low viscosity epoxy polymer matrix, reinforced with Agave angustifolia Haw. bagasse fibers.
Materials and methods:
Twelve panels were prepared combining three fiber contents (18 %, 24 % and 30 %) with four lengths (1 mm, 3 mm, 6 mm and mixed). Mechanical tests were performed, and the results were compared with the control (pure resin). Three chemical treatments (sodium bicarbonate, vinyl triethoxy silane and sodium hydroxide) and their effect on physico-mechanical properties were evaluated at the fiber-matrix interface; in addition, hybridization with glass fiber was evaluated.
Results and discussion:
Adding fiber reduced the ultimate tensile and flexural strength of the biocomposite by 15.27 %; however, the tensile and flexural moduli increased by up to 1/3 compared to the control. The best chemical treatment (sodium bicarbonate) increased the mechanical properties of the fibers (hardness [46 %] and tensile strength [6 %] and flexural strength [24 %]) and impact strength (38 %), while density and moisture resistance decreased 17 % and 11 %, respectively. The agave/glass fiber combination increased flexural strength up to 77.3 %.
Conclusions:
A. angustifolia fibers have potential to be used in industry, because they improve the mechanical properties of the material; in addition, their use would represent an alternative for managing waste residues.
Keywords: agave bagasse; sodium bicarbonate; glass fiber; agroindustrial wastes; material strength.
Ideas destacadas:
La fibra de agave incrementó los módulos de flexión y tracción del biocompuesto.
El bicarbonato de sodio incrementó las propiedades mecánicas de las fibras y su resistencia al impacto.
Los biocompuestos híbridos (agave/vidrio) tuvieron mejor desempeño físico-mecánico que los de una sola fibra.
El uso de fibras de agave en biocompuestos es una opción de manejo de los residuos agroindustriales.
Introducción
El uso de fibras naturales ha tomado importancia a nivel mundial, debido a que estos materiales constituyen un recurso renovable (animal o vegetal), poseen densidad baja, rigidez alta y son biodegradables (Luna & Lizarazo-Marriaga, 2022). Las fibras como el sisal, lino, palma, fique, coco y bambú, la mayoría desechos agroindustriales, se han empleado en el diseño de materiales que podrían utilizarse como refuerzo en matrices poliméricas, ya que ofrecen ventajas como abundancia, costo bajo y buenas propiedades mecánicas (Cuéllar & Muñoz, 2010), además de su baja densidad comparada con otros compuestos (Atiqah et al., 2019). Sectores como el aeroespacial, automotriz, mobiliario y de la construcción han mostrado gran interés por los biocompuestos reforzados con fibras naturales (Thomas et al., 2011; Uddin & Kalyankar, 2011) que, solas o en combinación, pudiesen reemplazar a las fibras sintéticas, para obtener compuestos verdes altamente competitivos (Lalit et al., 2018).
Los compuestos híbridos de polímeros naturales y los materiales reforzados con fibra de vidrio representan un área de investigación prometedora por ser materiales renovables, económicos y amigables con el medio ambiente, comparados con los compuestos sintéticos (Ashik et al., 2018). Al respecto, se han desarrollado compuestos con agentes de refuerzo de más de un tipo y forma para compensar deficiencias, obteniendo un efecto híbrido positivo (Kwon et al., 2014), pues dos tipos de fibras ofrecen ventajas sobre su uso individual en una matriz polimérica. En este sentido, se han realizado estudios sobre la hibridación combinando fibra natural y de vidrio para la obtención de compuestos con propiedades mecánicas superiores que solo utilizando fibra de vidrio (Jawaid & Khalil, 2011; Md Shah et al., 2021), de tal forma que se obtienen materiales de costos y pesos menores (Pérez et al., 2016).
Otras investigaciones han evaluado el uso de las fibras del bagazo de Agave tequilana Weber como refuerzo de biocompuestos para mejorar sus propiedades, tal es el caso de Torres-Tello et al. (2017), quienes mostraron que la adición de fibra de residuos de agave (30 % en peso) en matrices de polihidroxibutirato (PHB) e hidroxivalerato P (HB-HV) aumentó su módulo de tracción entre 50 y 80 %, el módulo de flexión incrementó entre 36 y 41 %, mientras que la resistencia al impacto incrementó significativamente entre 44 y 66 %. Por otra parte, Mylsamy y Rajendran (2011) mostraron que el tratamiento con álcali en fibras de A. tequilana incrementó las propiedades mecánicas de los biocompuestos (tracción, compresión, flexión e impacto).
Una de las plantas más utilizadas para producir mezcal, bebida tradicional mexicana, es Agave angustifolia Haw. (Pérez Hernández et al., 2016; Rodríguez & de la Cerna, 2017). En México, el agave mezcalero se utiliza desde hace aproximadamente 400 años en muchas zonas rurales del norte en Tamaulipas y Sonora hasta Oaxaca en el sur (Aguirre & Eguiarte, 2013). Durante la molienda de los gajos de maguey se genera un residuo denominado bagazo, proceso en el cual se obtienen de 15 a 20 kg en base húmeda por cada litro de mezcal (Jacques et al., 2007). Datos del Consejo Mexicano Regulador de la Calidad del Mezcal (COMERCAM, 2022) indican que durante el 2021 se generaron cerca de 160 000 t de bagazo derivados de la producción de 8 099 591 L de mezcal.
Las fibras del bagazo se consideran desechos por no tener demanda industrial, en consecuencia, no tienen costo y repercuten en problemas de contaminación, pues se depositan directamente en el suelo sin algún proceso. Por ello, para lograr un aprovechamiento integral del bagazo, se han realizado estudios para su caracterización química, morfológica (Hidalgo et al., 2015) y mecánica (Silva et al., 2009), los cuales demuestran que las fibras del bagazo poseen características similares a otras fibras lignocelulósicas y que podrían tener varias aplicaciones en el campo de los biocompuestos.
El presente estudio tiene como objetivo evaluar el desempeño físico-mecánico de biocompuestos laminares desarrollados en una matriz de polímero epóxico de baja viscosidad, utilizando fibra de bagazo de A. angustifolia como refuerzo, para mejorar la resistencia al impacto y flexión del material, considerando la longitud y contenido de fibra, tres tratamientos químicos y una hibridación con fibra de vidrio.
Materiales y métodos
El trabajo se dividió en tres fases: a) selección de materiales; b) elaboración de biocompuestos y c) caracterización físico-mecánica en tres etapas (Figura 1).

Figura 1 Metodología para determinar el desempeño físico-mecánico de biocompuestos desarrollados en una matriz de polímero epóxico de baja viscosidad, utilizando fibra de bagazo de Agave angustifolia como refuerzo.
Selección de materiales
Se utilizó como matriz una resina epóxica para composite de baja viscosidad (N-15) con una densidad de 1.10 g·cm-3, suministrada por la empresa Epolyglas. El bagazo de A. angustifolia se recolectó en una planta procesadora de mezcal. Las fibras de agave se obtuvieron del bagazo y se acondicionaron para utilizarse como refuerzo. El Cuadro 1 presenta las propiedades principales de A. angustifolia.
Cuadro 1 Propiedades mecánicas y químicas de Agave angustifolia.
Componente | RUT* (MPa) | MOE* (GPa) | Alargamiento (%) | Celulosa (%) | Hemicelulosa (%) | Lignina (%) | Fuente |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Hojas | 332-421 | 18-20 | 1.9-2.4 | Silva et al. (2009) | |||
Bagazo | 42.6-144 | 0.56-1.54 | 0.25-0.62 | 48.04 | 34.08 | 20.69 | Hidalgo et al. (2015) |
*RUT: Resistencia última a la tracción. MOE: Módulo de elasticidad.
El bagazo se lavó con agua para la eliminación de residuos, pulpa y tierra. Enseguida, las muestras se ingresaron a un deshidratador solar tipo invernadero durante 36 h a una temperatura promedio de 45 °C, para la obtención de fibras. Para reducir su tamaño, las fibras se cortaron en una guillotina para papel, posteriormente se trozaron en un molino tipo Wiley utilizando las granulometrías de número 10, 14, 20 y 30 con apertura de las mallas 2.00, 1.41, 0.84 y 0.59 mm, respectivamente.
Antes de trozar las fibras, estas se deshidrataron en una estufa a 60 °C durante 12 h; después, los cortes se tamizaron en un equipo vibratorio Fritsch durante 2 min con las cribas número 30, 40 y 60 de 0.59, 0.42 y 0.25 mm, respectivamente. Finalmente, las fibras se deshidrataron durante 12 h a 60 °C hasta obtener humedad aproximada de 6 %.
Tratamientos químicos
Las fibras se modificaron implementando los tratamientos químicos utilizados por Cisneros et al. (2016) y Fiore et al. (2018), quienes obtuvieron un incremento en las propiedades mecánicas de los compuestos reforzados con fibras naturales tratadas químicamente con bicarbonato de sodio (NaHCO3), vinil triethoxy silano (H2C=CHSi(OC2H5)3) e hidróxido de sodio (NaOH).
La mercerización fue el primer tratamiento químico realizado a las fibras de agave, durante 24 h en una solución de NaOH al 5 % a temperatura ambiente. También se utilizó como pretratamiento para los otros tratamientos químicos (vinil triethoxy silano y bicarbonato de sodio), colocando las fibras durante 15 min en NaOH al 2 % a temperatura ambiente para activar los grupos hidroxilo.
Como segundo tratamiento se utilizó vinil triethoxy silano (H2C=CHSi(OC2H5)3), el cual se disolvió al 5 % en una mezcla etanol-agua con una relación en peso 95:5. Para asegurar la hidrólisis, la solución se agitó durante 1 h agregando ácido acético para mantener el pH entre 3.5 y 4. Posteriormente, las fibras de A. angustifolia se sumergieron en la solución durante 90 min a temperatura ambiente. Por último, la reacción hidroxilo-silano se introdujo en un horno a 100 °C durante 30 min.
Finalmente, el tercer tratamiento consistió en la inmersión de las fibras en una solución de NaHCO3 al 10 %, a temperatura ambiente durante 120 h.
Los tratamientos se realizaron en una solución de lavado con una relación disolvente-fibra de 10:1 y se mezclaron en un agitador magnético VWR®. Al final, las fibras se enjuagaron con agua para eliminar los reactivos residuales y se recuperaron con filtración por vacío hasta neutralizar la solución.
Elaboración de biocompuestos
Doce paneles de 110 mm x 200 mm x 3 mm se elaboraron utilizando una combinación de las técnicas de moldeo de laminación manual (hand lay up) y compresión en frío (Betelie et al., 2019; Salleh et al., 2018). La matriz se preparó a partir de la resina epóxica para infusión y su catalizador con una relación en peso 10:1. El catalizador se añadió a la resina mezclando hasta homogeneizar la sustancia; el porcentaje de fibra de agave requerido se agregó y se mezcló hasta que las fibras se humedecieron completamente. La mezcla se vertió en un molde recubierto con cera desmoldante y se tapó con una placa de acero también cubierta con cera para facilitar su extracción y obtener un buen acabado de la superficie. La simulación del prensado del panel se hizo con una carga de 20 kg y se dejó curar durante 24 h a temperatura ambiente. La Figura 2 muestra el mecanismo utilizado en el moldeo de las placas del biocompuesto. Para su polimerización, el panel se ingresó en un horno a 45 °C durante 4 h.

Figura 2 Mecanismo para la elaboración de paneles a partir de una matriz de polímero epóxico de baja viscosidad, utilizando fibra de bagazo de Agave angustifolia como refuerzo.
Las placas moldeadas se cortaron en tiras rectangulares según la norma D790-17 (ASTM, 2017) con una sierra radial OMGA 500, para obtener las probetas de los ensayos mecánicos de resistencia última a la tracción (RUT), impacto y resistencia última a la flexión en tres puntos (MOR). Las tiras tuvieron las medidas siguientes: 175 mm x 19 mm x 3.8 mm para el ensayo RUT, 127 mm x 8 mm x 3.8 mm para la prueba a impacto y 85 mm x 15 mm x 3.8 mm para MOR; posteriormente, las tiras para ensayo RUT se maquinaron en un equipo de control numérico computarizado para obtener probetas tipo I. Para eliminar excedentes, todas las probetas se desbastaron con una lija de agua número 240.
Caracterización físico-mecánica en tres etapas
Efecto del tamaño y contenido de fibra (E1)
Se realizaron pruebas mecánicas a 12 combinaciones derivadas de cuatro longitudes (1, 3, 6 mm, además de una mezcla en igual proporción) y tres contenidos de fibra (18, 24 y 30 %), y se compararon con un testigo de paneles de resina sin fibra, para la selección del biocompuesto con mejor desempeño mecánico.
Las propiedades mecánicas se determinaron con una máquina de ensayos universal INSTRON-3282 equipada con una celda de carga de 100 kN y 500 W con un software de carga digital, utilizando probetas para las pruebas RUT y MOR.
Efecto del tratamiento químico (E2)
Para incrementar las resistencias (mecánica y al impacto) de la interfaz fibra-matriz, las muestras se sumergieron durante 12 h en NaHCO3, H2C=CHSi(OC2H5)3 y NaOH, antes y después lavarlas con agua (Benkhelladi et al., 2020). La resistencia al impacto se midió con una máquina INSTRON-CEAST 9050 equipada con un martillo Charpy de 1 J.
Los ejemplares se sometieron a pruebas de dureza para conocer el efecto de los tratamientos sobre las propiedades mecánicas del material y determinar las diferencias en la resistencia a la penetración. Para obtener la dureza Rockwell en la superficie del material se utilizó un equipo Mitutoyo-ARK con indentador de bola de 6.35 mm; además, se incluyó un análisis morfológico, mediante microscopia electrónica de barrido (QUANTA 504), para observar la superficie de fractura de las probetas. Finalmente, se determinó la influencia de los tratamientos en la densidad de los ejemplares.
Efecto de la hibridación en la resistencia a la flexión (E3)
Para efectuar el ensayo MOR, el contenido de fibra de agave del panel se estableció en 30 % en peso adicionado con cinco porcentajes de fibra de vidrio (10, 15, 20, 25 y 30 %), con base en la mejor combinación del primer experimento.
La fibra de vidrio, compuesta principalmente de sílice (SiO2), es uno de los principales refuerzos utilizados en la tecnología de biocompuestos que mejora las propiedades en comparación con los materiales convencionales, pues destaca por su bajo costo, así como por su resistencia a la fatiga y deformación (Tanzi et al., 2019), cuyos valores oscilan entre 70 a 80 GPa y 1 700 a 2 200 MPa, respectivamente; además, resisten temperaturas superiores a 1 700 °C (Park & Seo, 2011).
El Cuadro 2 presenta los ensayos desarrollados en cada etapa con respecto a las normas, dimensiones, número de muestras y parámetros de cada prueba.
Cuadro 2 Ensayos físico-mecánicos realizados en los biocompuestos desarrollados en una matriz de polímero epóxico de baja viscosidad con fibra de bagazo de Agave angustifolia como refuerzo.
Etapa | Ensayo | Norma | Tratamiento | Repetición | Total | Dimensión (mm) | Parámetro |
---|---|---|---|---|---|---|---|
E1 | Tracción | D638-22 (ASTM, 2022) | 13 | 6 | 78 | Tipo I | 3.85 mm·min-1 |
23 °C | |||||||
E1 | Flexión | D790-17 (ASTM, 2017) | 13 | 8 | 104 | 85 x 15 x 3.8 | 1.85 mm·min-1 |
23 °C | |||||||
E2 | Tracción | D638-22 (ASTM, 2022) | 4 | 8 | 32 | Tipo I | 3.85 mm·min-1 |
23 °C | |||||||
E2 | Flexión | D790-17 (ASTM, 2017) | 4 | 10 | 40 | 85 x 15 x 3.8 | 1.85 mm·min-1 |
23 °C | |||||||
E2 | Impacto | D6110-18 (ASTM, 2018) | 5 x 2 | 10 x 2 | 100 | 127 x 8 x 3.8 | 3.4 m·s-1 |
23 °C | |||||||
E2 | Dureza | D785-23 (ASTM, 2023) | 5 | 8 | 32 | 2 x 2 x 2 | 960 h |
23 °C | |||||||
E2 | Absorción de humedad | D570-22 (ASTM, 2022) | 4 | 10 | 40 | 85 x 15 x 3.8 | 960 h, |
22 °C | |||||||
E2 | Densidad | - | 5 | 10 | 50 | 85 x 15 x 3.8 | Geometrical method |
E2 | Fractura | - | 4 | 5 | 20 | 3 x 3.8 x 0.5 | 15 kV, |
23 °C | |||||||
E3 | Flexión | D790-17 (ASTM, 2017) | 5 | 10 | 50 | 85 x 15 x 3.8 | 1.85 mm·min-1 |
23 °C |
Análisis estadístico
Las propiedades físico-mecánicas del biocompuesto se analizaron con un diseño experimental completamente aleatorio, comparando, por cada tratamiento, los datos de RUT, MOR, impacto, dureza, módulos de tracción (MOT) y flexión (MOF), densidad y resistencia a la humedad.
El primer experimento se realizó con un arreglo factorial 4 x 3 (cuatro porcentajes y tres tamaños de fibra). El segundo experimento se hizo bajo un diseño unifactorial de tres tratamientos químicos. El tercer experimento se realizó con un factor (hibridación) con cinco porcentajes de fibra de vidrio.
Los resultados se examinaron mediante análisis de varianza con SAS v. 9.0 (Statistical Analysis System, 2002). La prueba F se utilizó para determinar el nivel de significancia en cada tratamiento, mientras que las diferencias significativas entre medias se identificaron con la prueba Tukey (P = 0.05).
Resultados y discusión
Las muestras cortadas con la malla número 14 y tamizadas en la criba número 30 midieron 6 mm de longitud (Figura 3). La fibra cortada y tamizada con la malla número 20 y la criba número 40 midió 3 mm en promedio, mientras que el tamaño de la fibra cortada con la malla 30 y tamizada en la criba 60 fue de 1 mm (Figura 3).

Figura 3 Longitud de fibras de Agave angustifolia con base en el número de malla empleada para el corte.
Efecto del tamaño y contenido de fibra sobre la tracción y flexión
Se detectó el efecto significativo del tamaño y contenido de fibra, además de su interacción con el biocompuesto, deduciendo así la influencia de estos factores en las propiedades mecánicas (Figura 4). En general, el contenido de fibra redujo los valores de RUT y MOR, mientras que los MOT y MOF incrementaron.

Figura 4 Propiedades del biocompuesto respecto a la longitud y contenido de fibra del bagazo de Agave angustifolia. Letras diferentes entre niveles de cada factor indican diferencia estadísticamente significativa: ***P < 0.001, **P < 0.01, *P < 0.05, ns = no significativo. RUT: resistencia última a la tracción, MOR: resistencia última a la flexión MOT: módulo de tracción y MOF: módulo de flexión.
La resistencia mecánica disminuyó con la incorporación de fibras de agave al biocompuesto. El valor más alto se obtuvo en la configuración 1mm18 (1 mm de longitud y 18 % de fibra), donde la RUT fue 30.5 MPa respecto a los 36 MPa en la matriz de resina epóxica pura (RP), mientras que las demás variantes no mostraron diferencia significativa. La MOR disminuyó en todos los tratamientos; los valores más altos se obtuvieron en 1mm18 y 1mm24 con 42 MPa y 41.5 MPa, respectivamente, contra 61.26 MPa en RP. Para 3mm30 se obtuvo MOT (4.5 GPa) superior que en RP (3.2 GPa), así como MOF = 3.96 GPa con respecto a MOF = 2.93 GPa en RP.
La mejora en MOT se debe a la incorporación de una fase rígida (fibra) en la matriz, tal como indican Cisneros et al. (2016) y Yan et al. (2012), quienes obtuvieron resultados similares. Mylsamy y Rajendran (2011) encontraron que el equilibrio en las propiedades mecánicas con fibras de Agave americana L. se obtuvo en muestras de 3 mm y una relación fibra-resina de 3:7.
Para RUT, en el análisis de la prueba Tukey, las medias de los tratamientos se compararon con un valor crítico del rango estudentizado de 4.8632 y 4.8118, y una diferencia mínima significativa (DSM) de 7.0231 y 10.781, mientras que para MOR se utilizó el mismo valor crítico, pero con una DSM de 0.8316 y 0.4330.
Efecto del tratamiento químico sobre las propiedades físicas y mecánicas
Dureza y densidad
Los valores de dureza de los tratamientos químicos versus RP, incorporando las fibras tratadas, incrementaron significativamente a diferencia de los compuestos de fibra sin tratamiento (FST). El tratamiento de fibra tratada con NaHCO3 (FBIC) incrementó 46.4 %, seguido del tratamiento superficial de fibra mercerizada (FMER) con 34.7 % y fibra tratada con vinil triethoxy silano (FSIL) con 16.7 % en comparación con FST, dada la buena afinidad entre la interfaz fibra-matriz, la cual permitió una mejor distribución de las fibras y disminuyó la formación de huecos y defectos en el material (Cisneros et al., 2016). Koffi et al. (2021) señalaron incrementos del 24 % en la dureza de una matriz de polietileno de alta densidad reforzada con fibra de abedul tratada con anhídrido maleico.
De acuerdo con Mahfoudh et al. (2013), el buen contacto entre la interfaz fibra-matriz debería incrementar la densidad de los biocompuestos; sin embargo, en el presente estudio, la incorporación de fibras tratadas redujo este parámetro. Esto podría atribuirse al tratamiento superficial de la fibra que modifica sus propiedades (Cisneros et al., 2016; Fiore et al., 2018); por ejemplo, el tratamiento con NaHCO3 elimina una porción de hemicelulosa, lignina y sustancias céreas que cubren la superficie externa de la fibra (Fiore et al., 2018). El tratamiento FBIC redujo 11 % la densidad con respecto a FST y 17 % respecto a RP.
Contenido de humedad
La absorción de humedad de los biocompuestos desarrollados se evaluó como la diferencia entre el peso seco y húmedo de las muestras. Al determinar la ganancia de peso en función del tiempo, los materiales reforzados con fibra tratada tuvieron humedad mayor que las FST, presentando el mayor porcentaje en FSIL (6.5 %) y FBIC (11 %), debido a la eliminación de sustancias extractivas y ceras durante el tratamiento (Pérez et al., 2014). Cisneros et al. (2016) señalaron resultados similares en fibras de A. tequilana tratadas con silano, con incremento en la humedad del 8 %.
En el tratamiento FMER se observó, desde las 2 h de inmersión en agua, una ganancia menor de peso que con FST, ya que se obtuvo 6 % menor absorción de agua. Tal tendencia se mantuvo hasta las 960 h; es decir, este tratamiento presentó mejor compatibilidad entre la interfaz fibra-matriz, lo cual hizo más hidrófobo al biocompuesto, incrementó la resistencia a la humedad y otorgó mayores aplicaciones al material (Zhang et al., 2013).
Tracción
Los biocompuestos reforzados tuvieron ligero incremento en RUT comparado con FST, indicando una mejora en la interfaz fibra-matriz; en particular, el tratamiento FBIC tuvo incremento mínimo del 6 % comparado con RP. A pesar del efecto positivo que tuvieron los tratamientos en RUT, estos afectaron el MOT del material, mostrando 34.3 % menos que FST y 14.7 % menos que RP, debido a que el mecanismo de adhesión otorgó un perfil dúctil a la interfaz, tal como reportaron Zhou et al. (2022), quienes obtuvieron resultados similares en compuestos de madera y plástico.
Flexión
Los biocompuestos reforzados mostraron ligero incremento en la resistencia a la flexión comparados con FST. En particular, el tratamiento FBIC generó aumento máximo de 24 % frente a RP, mientras que el MOF fue 34.7 % menor que FST y 9.3 % menor que RP.
Resistencia al impacto
La resistencia al impacto para FST aumentó 2 % comparada con RP y se encontraron incrementos importantes en los biocompuestos con fibra tratada; FBIC aumentó 36 % con respecto a FST y hasta 38 % en comparación con RP. Estudios recientes demuestran que el tratamiento con NaOH juega un papel importante en la adhesión de los compuestos de concreto, debido a que mejora las propiedades mecánicas de los materiales reforzados con fibras naturales (Shah et al., 2021).
Análisis de fractura
Las probetas ensayadas a impacto se observaron en un microscopio electrónico de barrido para analizar el comportamiento de la interfaz fibra tratada-matriz. El arranque de fibras debido a una baja unión interfacial, así como la presencia de huecos por el proceso de fabricación de los materiales, se identificaron como factores principales de fractura por impacto (Figura 5).
Los biocompuestos FST y FSIL exhibieron un modo de falla que comprende fibras extraídas, así como menor rotura y presencia de huecos (Figuras 5a-b). Esto indica una menor adhesión interfacial; además, FSIL exhibió signos de propagación de grietas en el extremo de la muestra. La Figura 5d muestra el modo de fractura de los biocompuestos FBIC, los cuales presentaron mayor número de roturas que con FMER (Figura 5c), además de menor presencia de huecos, indicando mejor interacción en la interfaz y mejor distribución de las fibras.
Chaitanya y Singh (2018) obtuvieron resultados similares en fibras de sisal tratadas con NaHCO3 y NaOH. Por otra parte, Cisneros et al. (2016) y Robledo et al. (2020) trabajaron con refuerzos de fibras tratadas con polietileno injertado de anhídrido maleico como compatibilizador para mejorar la adherencia y dispersión de los materiales.

Figura 5 Fractografías de impacto en paneles desarrollados de polímero epóxico de baja viscosidad con fibra de bagazo de Agave angustifolia sometida a tratamientos químicos: a) fibra sin tratamiento (FST), b) fibra tratada con vinil triethoxy silano (FSIL), c) fibra mercerizada (FMER) y d) fibra tratada con bicarbonato de sodio (FBIC).
Efecto de la humedad en las propiedades mecánicas
Después de sumergir los biocompuestos en agua, el tratamiento FBIC mostró el rango más amplio de reducción de la resistencia a la tracción, resistencia a la flexión y resistencia al impacto con 47, 50 y 27 %, respectivamente (Figura 6). El deterioro de las propiedades mecánicas se debe a la transferencia insuficiente de tracción en los biocompuestos afectados por la inmersión de las muestras (Alomayri et al., 2014), lo cual disminuyó la interacción de la interfaz fibra-matriz (Haameem et al., 2016).

Figura 6 Propiedades mecánicas de los biocompuestos reforzados con fibra de bagazo de Agave angustifolia sometida a tratamientos químicos, antes y después de sumergirlos en agua (P = 0.05). FST = fibra sin tratamiento, FSIL = fibra tratada con vinil triethoxy silano, FMER = fibra mercerizada con NaOH y FBIC = fibra tratada con bicarbonato de sodio.
Efecto de la hibridación en la resistencia a la flexión
La resistencia MOR fue superior en el panel RP que en el panel con solo fibra de agave (30FA-0GF); sin embargo, incrementó con la adición gradual del 5 % de fibra de vidrio, llegando a su valor máximo en 30FA-25GF (30 % de fibra de agave y 25 % de fibra de vidrio), superior en 6 % y 77.3 % a RP y 30FA-0GF, respectivamente. Comportamientos similares reportaron Zhou et al. (2022a), donde la resistencia a la flexión, resistencia al impacto y fuerza de impacto máxima de los compuestos híbridos fueron superiores que solo con el compuesto de fibra de bambú.
Asimismo, el contenido de fibra de agave incrementó MOE obteniendo su valor máximo en 30FA-25GF con 65 y 62 % más comparado con RP y 30FA-0GF, respectivamente. Zhou et al. (2022a) también encontraron esta tendencia cuando adicionaron fibra de vidrio.
Conclusiones
Los biocompuestos laminares, desarrollados en una matriz de polímero epóxico de baja viscosidad, mejoran su desempeño físico mecánico al ser reforzados con fibras de Agave angustifolia. Estos biocompuestos podrían representar una alternativa para aplicaciones industriales y las fibras tendrían una opción de aprovechamiento. Las mejoras físico-mecánicas de los biocompuestos se observaron al hacer combinaciones de longitud, tamaño y tratamientos químicos a las fibras de agave. Los módulos de tracción, de resistencia al impacto y de flexión del biocompuesto incrementaron al variar la longitud y contenido de fibra. Asimismo, el tratamiento químico con bicarbonato de sodio incrementó las propiedades mecánicas y la resistencia al impacto de las fibras, pero disminuyó la densidad del material y la resistencia a la humedad. Por otra parte, la hibridación agave/vidrio incrementó hasta 2/3 la resistencia al impacto y el módulo de flexión, en comparación con la mezcla de agave o de resina pura.
Agradecimientos
Jorge Colin Torres agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) por su apoyo y financiamiento para desarrollar esta investigación. Marcos Miguel González Peña agradece al Dr. J. R. Robledo-Ortiz por su disposición para el uso del instrumento de pruebas de impacto.
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Recibido: 16 de Febrero de 2023; Aprobado: 11 de Octubre de 2023