Application of the X-ray micro-computed tomography to the analysis of the structure of polymeric materials

• Autorzy: Szewczykowski Piotr P. , Skarżyński Łukasz

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2019.1.2

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie mikrotomografii komputerowej do analizy struktury materiałów polimerowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper the application of X-ray micro-computed tomography (micro-CT) as a non-destructive testing method of polymeric materials is presented. Increasing applicability of polymers in va­riedend-use industries such as automotive, building and construction, consumer goods, and packaging is propelling the growth of the global polymer processing market. However, controlling of the polymer structure is one of the most important aspects since it affects mechanical properties of the components. The paper contains examples of two- and three-dimensional analysis of selected polymeric materials using of X-ray micro-computed tomography. Due to the complex structure of polymers, their shape and pores that are embedded inside the material and are not connected to the surface, the X-ray micro-computed tomography is an ideal solution for the analysis of the microstructure of polymeric materials to improve the process of their production in order to obtain components with the best possible properties.

PL

Przedstawiono zastosowanie mikrotomografii komputerowej do bezinwazyjnej analizy struktury wewnętrznej materiałów polimerowych. Zwiększenie możliwości zastosowania polimerów w różnych branżach, takich jak: motoryzacja, budownictwo i opakowania, napędza rozwój światowego rynku przetwórstwa polimerów. Kontrola struktury materiałów, mającej ogromny wpływ na właściwości mechaniczne kompozytów polimerowych, jest bardzo istotna. Przedstawiona metoda mikrotomografii komputerowej, służąca ulepszeniu procesu wytwarzania komponentów o jak najkorzystniejszych właściwościach, jest idealnym narzędziem do analizy mikrostruktury materiałów polimerowych ze względu na ich złożoną budowę, kształt oraz liczbę porów zawartych w strukturze materiału (niestykających się z jego powierzchnią zewnętrzną). Podano przykłady dwu- i trójwymiarowej analizy mikrostruktury wybranych materiałów polimerowych z zastosowaniem mikrotomografii komputerowej.

Słowa kluczowe

EN

microstructure; non-destructive test; polymeric materials; X-ray micro-CT

PL

mikrostruktura; badanie bezinwazyjne; materiały polimerowe; mikrotomografia komputerowa

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2019
• Tom: T. 64, nr 1
• Strony: 12--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 56 poz., rys. kolor.

Twórcy

autor

Szewczykowski Piotr P.

• UTP University of Science and Technology, Department of Materials Engineering and Polymer Processing, Faculty of Mechanical Engineering, Al. prof. S. Kaliskiego 7, 85-796 Bydgoszcz, Poland

autor

Skarżyński Łukasz

• Gdańsk University of Technology, Department of Building Structures and Material Engineering, Faculty of Civil and Environmental Engineering, G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, Poland

Bibliografia

• [1] Pauwels E., Van Loo D., Cornillie P. et al.: Journal of Microscopy 2013, 250, 21. http://dx.doi.org/10.1111/jmi.12013
• [2] Bannerman A., Paxton J.Z., Grover L.M.: Biotechnology Letters 2014, 36, 403. http://dx.doi.org/10.1007/s10529-013-1374-4
• [3] Svensson C.M., Hoffmann B., Irmler I.M. et al.: Scientific Reports 2017, 7, 1. http://dx.doi.org/10.1038/srep44434
• [4] Onelli O., Kamp T., Skepper J. et al.: Scientific Reports 2017, 7, 1. http://dx.doi.org/10.1038/s41598-017-01496-8
• [5] Channagiri S.A., Nagpure S.C., Babu S.S. et al.: Journal of Power Sources 2013, 243, 750. http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.06.023
• [6] Cantre D., Herremans E., Verboven P. et al.: Innovative Food Science and Emerging Technologies 2014, 24, 28. http://dx.doi.org/10.1016/j.ifset.2013.12.008
• [7] Laverse J., Mastromatteo M., Frisullo P., Del Nobile M.A.: Journal of Dairy Science 2011, 94, 43. http://dx.doi.org/10.3168/jds.2010-3524
• [8] Mathieu V., Monnet A.F., Jourdren S. et al.: Food & Function 2016, 7, 3577. http://dx.doi.org/10.1039/C6FO00522E
• [9] Alam T., Takhar P.S.: Journal of Food Science 2016, 81, 651. http://dx.doi.org/10.1111/1750-3841.13219
• [10] Bubeck A., Walker R.J., Healy D. et al.: Earth and Planetary Science Letters 2017, 457, 38. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2016.09.050
• [11] Otani J., Watanabe Y., Chevalier B.: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2010, 10, 1. http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/10/1/012089
• [12] Joffre T., Isaksson P., Dumont P.J.J. et al.: Experimental Mechanics 2016, 56, 723. http://dx.doi.org/10.1007/s11340-015-0119-9
• [13] Elliott J.C., Dover S.D.: Journal of Microscopy 1982, 126, 211. https://doi.org/10.1111/j.1365-2818.1982.tb00376.x
• [14] http://www.b-cube.ch (access date 14.02.2018)
• [15] Boas F.E., Fleischmann D.: Imagining in Medicine 2012, 4, 229. http://dx.doi.org/10.2217/iim.12.13
• [16] Skyscan NV (2011) Nrecon User Manual 4/20/2011.
• [17] Bossi R.H., Georgeson G.E.: Materials Evaluation 1995, 53, 1198.
• [18] Evans N.T., Irvin C.W., Safranski D.L., Gall K.: Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 2016, 59, 459. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmbbm.2016.02.033
• [19] Elmoutaouakkil A., Fuchs G., Bergounhon P. et al.: Journal of Physics D: Applied Physics 2003, 36, A37. http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/36/10A/308
• [20] Viot P., Bernard D., Plougonven E.: Journal of Materials Science 2007, 42, 7202. http://dx.doi.org/10.1007/s10853-006-1422-8
• [21] Smolná K., Gregor T., Kosek J.: European Polymer Journal 2013, 49, 3966. http://dx.doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2013.08.030
• [22] Lin A.S.P., Barrows T.H., Cartmell S.H. et al.: Biomaterials 2003, 24, 481. http://dx.doi.org/10.1016/S0142-9612(02)00361-7
• [23] Wu H.B., Haugen H.J., Wintermantel E.: Journal of Cellular Plastics 2012, 48, 141. http://dx.doi.org/10.1177/0021955X11432970
• [24] Pyun A., Bell J.R., Won K.H.: Macromolecules 2007, 40, 2029. http://dx.doi.org/10.1021/ma062635+
• [25] Kocic N., Kretschmer K., Bastian M., Heidemeyer P.: Journal of Applied Polymer Science 2012, 126, 1207. http://dx.doi.org/10.1002/app.36880
• [26] Salasinska K., Polka M., Gloc M. et al.: Polimery 2016, 61, 255. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2016.255
• [27] Di Giuseppe E., Castellani R., Dobosz S. et al.: Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2016, 90, 320. http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesa.2016.07.020
• [28] Awal A., Rana M., Sain M.: Mechanics of Materials 2015, 80, 87. http://dx.doi.org/10.1016/j.mechmat.2014.09.009
• [29] Graupner N., Beckmann F., Wilde F.: Journal of Materials Science 2014, 49, 450. http://dx.doi.org/10.1007/s10853-013-7724-8
• [30] Alemdar A., Zhang H., Sain M.: Advanced Engineering Materials 2008, 10, 126. http://dx.doi.org/10.1002/adem.200700232
• [31] Han Y., Qi D.W., Guan S.Y.: Advanced Materials Research 2012, 428, 57. http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.428.57
• [32] Sliwa F., El Bounia N.E., Charrier F.: Composites Science and Technology 2012, 72, 1733. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2012.07.002
• [33] Joffre T., Miettinen A., Berthold F.: Composites Science and Technology 2014, 105, 127. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2014.10.011
• [34] Nguyen Thi T.B., Morioka M., Yokoyama A.: Journal of Materials Processing Technology 2015, 219, 1. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.11.048
• [35] Ayadi A., Nouri H., Guessasma S.: Composite Structures 2015, 125, 277. http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.02.005
• [36] Bernasconi A., Cosmi F., Zappa E.: Strain 2010, 46, 435. http://dx.doi.org/10.1111/j.1475-1305.2009.00667.x
• [37] Bernasconi A., Cosmi F., Hine P.J.: Composites Science and Technology 2012, 16, 2002. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2012.08.018
• [38] Kleindel S., Salaberger D., Eder R.: International Polymer Processing 2015, 30, 366. http://dx.doi.org/10.3139/217.3047
• [39] Nciri M., Notta-Cuvier D., Lauro F. et al.: Composite Structures 2017, 160, 516. http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.10.083
• [40] Ontiveros S., Yagüe-Fabra J.A., Jiménez R.: Measurement Science and Technology 2012, 23, 1. http://dx.doi.org/10.1088/0957-0233/23/12/125401
• [41] Biglione J., Bereaux Y., Charmeau J.Y.: “Injection blow moulding single stage process: Validation of the numerical simulation through tomography analysis” AIP Conference Proceedings, Nantes, France 2016,vol. 1769, 020012. http://dx.doi.org/10.1063/1.4963416
• [42] Masters J.E.: American Society for Testing and Materials 1992, 35. http://dx.doi.org/10.1520/STP1128-EB
• [43] Wright P., Fu X., Sinclair I. et al.: Journal of Composite Materials 2008, 42, 1993. http://dx.doi.org/10.1177/0021998308092211
• [44] ElAgamy N., Laliberté J., Gaidies F.: Journal of Composite Materials 2016, 50, 2523. http://dx.doi.org/10.1177/0021998315608252
• [45] Sket F., Seltzer R., Molina-Aldareguía J.M.: Composites Science and Technology 2012, 72, 350. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2011.11.025
• [46] Selles N., Saintier N., Laiarinandrasana L.: International Journal of Plasticity 2016, 86, 112. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijplas.2016.08.004
• [47] Rolland H., Saintier N., Robert G.: Composites Part B: Engineering 2016, 90, 365. http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2015.12.021
• [48] Arif M.F., Meraghni F., Chemisky Y.: Composites Part B: Engineering 2014, 58, 487. http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.11.001
• [49] Croom B., Wang W.M., Li J., Li X.: Experimental Mechanics 2016, 56, 999. http://dx.doi.org/10.1007/s11340-016-0140-7
• [50] Safriet S., Quick T., Mollenhauer D. et al.: “Three--Dimensional Analysis of Damage Propagation in Unidirectional Polymer Composites using X-ray Computed Tomography and Digital Volume Correlation”, 30th Technical Conference of the American Society for Composites 2015, 2449.
• [51] Buffiere J.Y., Maire E., Adrien J. et al.: Proceedings of the Society for Experimental Mechanics, Inc. 2010, 67, 289.
• [52] Laiarinandrasana L., Morgeneyer T.F., Proudhon H., Regrain C.: Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics 2010, 48, 1516. https://doi.org/10.1002/polb.22043
• [53] Nouri H., Guessasma S., Belhabib S.: Journal of Materials Processing Technology 2016, 234, 113. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2016.03.019
• [54] Gapinski B., Wieczorowski M., Grzelka M.: Polimery 2017, 62, 53. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2017.053
• [55] Wagner L., Ponto-Wolska M., Raszewski Z.: Polimery 2016, 61, 831. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2016.831
• [56] Wagner L., Ponto-Wolska M., Raszewski Z.: Polimery 2017, 62, 875. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2017.875

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019)