Szénszállal és szén nanocsővel erősített polimer kompozitok húzási tulajdonságainak szálkötegcella-elméleten alapuló modellezése
Modeling of the tensile behavior of carbon fiber and carbon nanotube reinforced polymer composites by the fiber bundle cells method
Keywords:
politejsav, kompozit, szén nanocső, szénszál, szálköteg elméletAbstract
Polylactic acid (PLA) is one of today's most popular biopolymers; its monomer can be produced by fermentation of renewable sources such as corn, cellulose, and other polysaccharide-containing materials. For its widespread application, its mechanical properties are needed to be modified according to the field of application. One way to do this is to produce PLA matrix composites using carbon fiber and carbon nanotubes [1]. For practical applications, it is necessary to describe the material behavior using material structure models [2, 3]. A novel tool for this is a model based on the so-called fiber bundle cell theory. Therefore we modeled the relationship between the microstructure and mechanical properties of nanocomposite and hybrid composites and the structure of the composites using fiber bundle theory. Based on the model parameters, it can be said that the model describes well the behavior of composite materials.
Kivonat
A politejsav (PLA) napjaink egyik legnépszerűbb biopolimere, amelynek monomerje előállítható olyan megújuló, növényi alapú anyagok erjesztésével, mint pl. kukorica, cellulóz és egyéb poliszacharid tartalmú alapanyagok. Széleskörű alkalmazásához képesnek kell lennünk mechanikai tulajdonságainak módosítására az alkalmazási területnek megfelelően. Ennek egyik módja PLA mátrixú kompozitok előállítása, szénszál és szén nanocső felhasználásával [1]. A gyakorlati alkalmazásokhoz az anyag viselkedésének leírása szükséges, anyagszerkezeti modellek segítségével [2, 3]. Ennek a modellezésnek egy újszerű eszköze az úgynevezett szálköteg-cella elméleten alapuló modell. Ezért az általunk előállított hibridkompozit minták mikroszerkezete és mechanikai tulajdonságai közötti kapcsolatot és a kompozitok szerkezetét szálköteg elmélet segítségével modelleztük. A modellparaméterek alapján elmondható, hogy a megalkotott modell jól jellemzi a vizsgált kompozitok viselkedését.
References
Szakács, H.; Varga, Cs.; Nagy, R.: Polimerek méréstechnikája; Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ;
Chazot, C. A. C.; Hart, A. J.: Understanding and control of interactions between carbon nanotubes and polymers for manufacturing of high-performance composite materials. Composites Science and Technology, 183, 107795 (2019). http://doi:https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2019.107795.
X.-L. Xie, Y.-W. Mai, and X.-P. Zhou, “Dispersion and alignment of carbon nanotubes in polymer matrix: A review,” Materials Science and Engineering: R: Reports, vol. 49, no. 4, pp. 89–112, 2005, doi: https://doi.org/10.1016/j.mser.2005.04.002.
Gamze Karsli, N.; Yesil, S.; Aytac, A.: Effect of hybrid carbon nanotube/short glass fiber reinforcement on the properties of polypropylene composites. Composites Part B: Engineering, 63, 154–160 (2014). http://doi:https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2014.04.006.
Mészáros, L.; Gonda, B.: A bazaltszál és a montmorillonite jelenlétének hatása a politejsav termomechanikai tulajdonságaira. Polimerek. Polimerek, VI. évfoly, 285–289 (2018).
Pramanik, C.; Nepal, D.; Nathanson, M.; Gissinger, J. R.; Garley, A.; Berry, R. J.; Davijani, A.; Kumar, S.; Heinz, H.: Molecular engineering of interphases in polymer/carbon nanotube composites to reach the limits of mechanical performance. Composites Science and Technology, 166, 86–94 (2018). http://doi:https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2018.04.013.
DeArmitt, C.: 23 -Functional Fillers for Plastics. In Plastics Design Library; Kutz, M. B. T.-A. P. E. H. (Second E., Ed.; William Andrew Publishing, (2017); pp. 517–532 ISBN 978-0-323-39040-8.
Sivadas, B. O.; Ashcroft, I.; Khlobystov, A. N.; Goodridge, R. D.: Laser sintering of polymer nanocomposites. Advanced Industrial and Engineering Polymer Research, (2021). http://doi:https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2021.07.003.
Vas, L. M.: Idealizált statisztikus szálköteg-cellák és alkalmazásuk; GlobeEdit, OmniScriptum GmbH & Co. KG, Saarbrücken, Deutschland; Beau Bassin, Mauritius; ISBN ISBN 978-620-2-48604-0.
Vas, L. M.; Tamás, P.; Halász, M.; Göktepe, F.: Fiber-bundle cells model of composites. In Achen-Dresden International Textile Conference; Achen, (2011); pp. 1–10
Vas, L. M.; Rácz, Z.: Modeling and Testing the Fracture Process of Impregnated Carbon-fiber Roving Specimens During Bending: Part I –Fiber Bundle Model. Journal of Composite Materials, 38, 1757–1785 (2004). http://doi:10.1177/0021998304044767.
Virág, Á. D.; Kara, Y.; Vas, L. M.; Molnár, K.: Single Polymer Composites Made of Melt-blown PP Mats and the Modelling of the Uniaxial Tensile Behaviour by the Fibre BundleCells Method. Fibers and Polymers, (2021). http://doi:10.1007/s12221-021-0038-6.
Vas, L. M.; Kocsis, Z.; Czigány, T.; Tamás, P.; Romhány, G.: Novel evaluation method of acoustic emission data based on statistical fiber bundle cells. Journal of Composite Materials, 53, 2429–2446 (2019). http://doi:10.1177/0021998319826666.
Horváth, A. , Petrény, R. and Mészáros, L.: Elektromosan vezetőképes politejsav-mátrixú hibridkompozit fejlesztése: Development of an electrically conductive polylactic acid hybrid composite. Nemzetközi Gépészeti Konferencia – OGÉT. 29, (Apr. 2021), 114–117.
