Analysis of the Creep Properties of Nonwoven Fabric with Mechanical Models

• Autorzy: Gao X. , Chen H. , Sun S.

Warianty tytułu

PL

Analiza właściwości pełzania włóknin z zastosowaniem modelu mechanicznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Since nonwoven fabric is widely used in the application of high performance geotextiles, its creep behaviour is essential to be evaluated. In this paper, the creep response of nonwven fabric was studied by using four mechanical models including the one-term generalised Kelvin model, Burger’s model, two-term generalised Kelvin model and Zurek’s model. To verify the feasibility of the models, creep experiments for nonwoven fabric were conducted, and the data were fitted by the four models, respectively, to obtain their parameter values using the Marquardt algorithm for nonlinear regression. When comparing the experimental creep curves with those fitted from the mechanical models, it is obvious that the experimental data was best fitted by Burger’s model. Also, since the residual sum of squares is far less than that of the GK (n = 1) and GK (n = 2) model and the squares of the correlation coefficient are near to unity, it can be concluded that Burger’s model is suitable to describe the creep behaviour of nonwoven fabric. Therefore the viscoelastic model verified can be adopted to predict the creep elongation of nonwoven fabrics.

PL

W artykule zaprezentowano możliwość zastosowania modeli reologicznych do modelowania zjawiska pełzania włóknin. Włókniny i geowłókniny znajdują szerokie zastosowanie w inżynierii lądowej. Zjawiska jakie zachodzą podczas użytkowania geowłóknin są złożone. Jednym ze zjawisk pojawiających się podczas użytkowania jest poddawanie włókniny i geowłókniny stałym napięciom wynikającym ze zjawiska pełzania. Zastosowano trzy rodzaje modeli reologicznych w oparciu o modele Kelvina, Burgersa i uogólnionego modelu Kelvina. Wygenerowane modele teoretyczne zostały utworzone w celu przewidywania zjawiska pełzania. Adekwatność modeli reologicznych przeprowadzono w oparciu o metodę najmniejszych kwadratów dla estymacji parametrów w nieliniowych modelach regresji Levenberga - Marquardta. Zastosowano modele, które można dopasowywać przy pomocy estymacji metodą najmniejszych kwadratów dowolnej funkcji straty określonej przez użytkownika. Zastosowano funkcję straty do wyboru procedury estymacji, tak że praktycznie we wszystkich przypadkach otrzymano stabilne oceny parametrów modeli. Najlepsze efekty otrzymano przy zastosowaniu modelu Burgersa, który to może być użyty do przewidywania pełzania włókniny w obiektach inżynierskich.

Słowa kluczowe

EN

nonwoven fabric; viscoelasticity; creep; mechanical model; nonlinear regression

PL

włókniny i geowłókniny; lepkosprężystość; właściwości pełzania; model mechaniczny; regresja nieliniowa

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 23, no. 1 (109)
• Strony: 72--76
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gao X.

• College of Light Industry and Textile, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot, P. R. China

autor

Chen H.

• College of Light Industry and Textile, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot, P. R. China

autor

Sun S.

• Quality Supervision & Inspection Institute of Jiaxing, Jiaxing, P. R. China

Bibliografia

• 1. Cui SZ, Wang SY. Nonlinear creep characterization of textile fabrics. Text. Res. J. 1999; 69: 931-934.
• 2. Das A, Kothari VK, Kumar A, Mehta MS. Study on anisotropic creep behavior of nonwoven geotextiles. Fiber Polym. 2005; 6: 313-317.
• 3. Kim HS, Pourdeyhimi B, Desai P, Abhiraman AS. Anisotropy in the mechanical properties of thermally spot-bonded nonwovens: Experimental observations. Text. Res. J. 2001; 71: 965-976.
• 4. Kim HS. Relationship between fiber orientation distribution function and mechanical anisotropy of thermally pointbonded nonwovens. Fiber Polym. 2004; 5: 177-181.
• 5. Kim HS. Orthotropic theory for the prediction of mechanical performance in thermally point-bonded nonwovens. Fiber Polym. 2004; 5: 139-144.
• 6. Hou XN, Acar M, Silberschmidt VV. 2D finite element analysis of thermally bonded nonwoven materials: Continuous and discontinuous models. Comp. Mater. Sci. 2009; 46: 700-707.
• 7. Hou XN, Acar M, Silberschmidt VV. Finite element simulation of low-density thermally bonded nonwoven materials: Effects of orientation distribution function and arrangement of bond points. Comp Mater. Sci. 2011; 50: 1292-1298.
• 8. Demirci E, Acar M, Pourdeyhimi B, Silberschmidt VV. Finite element modelling of thermally bonded bicomponent fibre nonwovens: Tensile behaviour. Comp. Mater. Sci. 2011; 50: 1286-1291.
• 9. Demirci E, Acar M, Pourdeyhimi B, Silberschmidt VV. Computation of mechanical anisotropy in thermally bonded bicomponent fibre nonwovens. Comp. Mater. Sci. 2012; 52: 157-163.
• 10. Gautier KB, Kocher CW, Drean JY. Anisotropic mechanical behavior of nonwoven geotextiles stressed by uniaxial tension. Text. Res. J. 2007; 77: 20-28.
• 11. Rawal A, Lomov S, Ngo T, Verpoest I, Vankerrebrouk J. Mechanical behavior of Thru-air bonded nonwoven structures. Text. Res. J. 2007; 77: 417-431.
• 12. Ferry JD. Viscoelastic Properties of Polymers. 3rd Eed. New York: John Wiley & Sons,Inc., 1980.
• 13. Manich AM, Marino PN, De Castellar MD, Saldivia M, Saurí RM. Viscoelastic Modeling of Natural and Synthetic Textile Yarns. J. Appl. Polym. Sci. 2000; 76: 2062-2067.
• 14. Manich AM, Ussman MH, Barella A. Viscoelastic Behavior of Polypropylene Fibers. Text. Res. J. 1999; 69: 325-330.
• 15. Shim VPW, Lim CT, Foo KJ. Dynamic mechanical properties of fabric armour. Int. J. Impact. Eng. 2001; 25: 1-15.
• 16. Vangheluwe L. Influence of strain rate and yarn number on tensile test results. Text. Res. J. 1992; 62: 586-589.
• 17. Kumar S, Gupta VB. Nonlinear Viscoelastic Model for Textile Fibers. Text. Res. J. 1978; 48: 429-431.
• 18. Jones N. Elastic-plastic and viscoelastic behavior of a continuous filament yarn. Int. J. Mech. Sci .1974;16: 679-687.
• 19. Liu H, Tao XM, Choi KF, Xu BG. Analysis of the relaxation modulus of spun yarns. Text. Res. J. 2010; 80: 403-410.
• 20. Schaff AJ, Ogale AA. Tensile viscoelastic properties of spunbonded nonwoven polypropylene backing. Text. Res. J. 1991; 61: 386-392.
• 21. Nachane RP, Sundaram V. Analysis of relaxation phenomena in textile fibres part I: stress relaxation. J. Tex. I. 1995; 86: 10-19.
• 22. Vangheluwe L, Kiekens P. Modelling relaxation behaviour of yarns Part I: Extended, nonlinear Maxwell model. J. Text. I. 1996; 87: 296-304.
• 23. Vangheluwe L. Relaxation and inverse relaxation of yarns after dynamic loading. Text. Res. J. 1993; 63: 552-556.
• 24. Liu HL, Yu WD, Jin HB. Modeling the stress-relaxation behavior of wool fibers. J. Appl. Polym. Sci. 2008; 110: 2078- 2084.
• 25. Manich AM, Maillo J, Cayuela D, Gacén J, Castellar MD, Ussman M. Effect of the air-jet and the false-twist texturing processes on the stress-relaxation of polyamide 6.6 yarns. J. Appl. Polym. Sci. 2007; 105: 2482-2487.
• 26. Urbelis V, Petrauskas A, Vitkauskas A. Creep and Creep Recovery Behaviour of Textile Fabrics and their Fused Systems. Mater Sci+ 2005; 11: 162-168.
• 27. Yang JL, Zhang Z, Schlarb AK, Friedrich K. On the characterization of tensile creep resistance of polyamide 66 nanocomposites. Part I. Experimental results and general discussions. Polym. 2006; 47: 2791-2801.
• 28. Yang JL, Zhang Z, Schlarb AK, Friedrich K. On the characterization of tensile creep resistance of polyamide 66 nanocomposites. Part II: Modeling and prediction of long-term performance. Polym. 2006; 47: 6745-6758.
• 29. Chen C, Chang Y, Cheng C. Micromechanics and Creep Behavior of FiberReinforced Polyether-Ether-Ketone Composites. J. Compos. Mater. 1995; 29: 359-371.
• 30. Ju BF, Liu K. Characterizing viscoelastic properties of thin elastomeric membrane. Mech. Mater. 2002; 34: 485-491.
• 31. Zurek W, Chrznowski M, Sybilska W, Jałmużna I. The application of Zurek’s rheological model for description of mechanical behaviour of textiles subjected to different state of loads. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 2010; 43: 702-710.
• 32. Krucinska I, Jałmużna I, Zurek W. Modified Rheological Model for Analysis of Compression of Nonwoven Fabrics. Text. Res. J. 2004; 74: 127-133.
• 33. Egan J. A new look at linear visco-elasticity. Mater. Lett. 1997; 31: 351-357.
• 34. Gao XP, Sun YZ, Meng Z, Sun ZJ. Analytical approach of mechanical behavior of carpet yarn by mechanical models. Mater. Lett. 2011; 65: 2228-2230.
• 35. Gao XP, Sun YZ, Meng Z, Sun ZJ. Analytical approach of creep behavior of carpet yarn. J. Appl. Polym. Sci. 2012; 124: 1160-1167.