Composites with impact absorption ability based on shear thickening fluids and auxetic foams

• Autorzy: Nakonieczna P. , Wierzbicki Ł. , Śladowska B. , Leonowicz M. , Lisiecki J. , Nowakowski D.

Warianty tytułu

PL

Kompozyty na bazie polimerowych pian auksetycznych oraz cieczy zagęszczanych ścinaniem jako materiały absorbujące siłę uderzenia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The issue of energy absorption during impact is present in various aspects of life. The possibility of dissipating unwanted energy gives huge opportunities for a variety applications such as helmets, car bumpers, smart body armours and protective pads. Nevertheless, there are numerous technical problems with achieving a compromise between good energy absorption efficiency and other important properties such as flexibility, weight and thickness. The article describes a study of composite structures based on shear thickening fluids (STF) and auxetic foams. The composites are developed as a potential component of products with high energy absorbing efficiency. The study reports on the rheological behavior of STF and force absorbing properties of the manufactured composites. In the experiment, two types of STF and eleven types of auxetic foams were used. Force absorbing tests for the produced samples were performed by dropping an impactor with the energy of 5 J. It was proved that the addition of STF to the auxetic foams increases the force absorbing efficiency.

PL

W dzisiejszych czasach odporność na gwałtowne uderzenie bądź atak jest zagadnieniem często badanym przez wiele instytucji naukowych. Już nie tylko w przypadku wypadków samochodowych czy podczas uprawiania sportów ekstremalnych, ale również jako zabezpieczanie przez gwałtownym atakiem, zdolność do rozpraszania energii jest niezwykle ważna. Połączenie wygody oraz zapewnienie bezpieczeństwa jest bardzo ważnym kierunkiem badań. W artykule opisano kompozyty powstałe na bazie cieczy zagęszczanych ścinaniem oraz auksetycznych pian polimerowych, wytworzonych w celu uzyskania wysokiej zdolności pochłaniania siły uderzenia. Do produkcji cieczy zagęszczanych ścinaniem zastosowano dwa rodzaje krzemionek - nanometryczną oraz mikrometryczną, natomiast jako materiały auksetyczne zastosowano różne rodzaje pian polieterowych o różnej gęstości i różnej wartości współczynnika Poissona. Połączenie tych materiałów pozwoliło uzyskać dobre właściwości energochłonne, co stwarza potencjalną możliwość do zastosowań w przemyśle.

Słowa kluczowe

EN

shear thickening fluid; auxetic foams; force absorbing systems; rheological properties

PL

ciecze zagęszczane ścinaniem; piany auksetyczne; układy absorbcji siły uderzenia; reologia

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 17, nr 2
• Strony: 67--72
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nakonieczna P.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology, ul. Wołoska 141, 02-507, Warsaw, Poland

autor

Wierzbicki Ł.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology, ul. Wołoska 141, 02-507, Warsaw, Poland

autor

Śladowska B.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology, ul. Wołoska 141, 02-507, Warsaw, Poland

autor

Leonowicz M.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology, ul. Wołoska 141, 02-507, Warsaw, Poland

autor

Lisiecki J.

• Air Force Institute of Technology, ul. ks. Bolesława 6, 01-494 Warsaw, Poland

autor

Nowakowski D.

• Air Force Institute of Technology, ul. ks. Bolesława 6, 01-494 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Pepin J., Structural sandwich panel with energy-absorbing material pierced by rigid rods, US 07/434,778.
• [2] Kádar C., Kenesei P., Ledvai J., Rajkovits Z., Energy absorption properties of metal foams, Mater. World 2005, 6(1).
• [3] Avallea M., Belingardia G., Montaninib R., Characterization of polymeric structural foams under compressive impact loading by means of energy-absorption diagram, International Journal of Impact Engineering 2001, 25, 5, 455-472.
• [4] www.iom3.org/fileproxy/348226, 11.01.2017.
• [5] Liu Y., Hu H., A review on auxetic structures and polymeric materials, Scientific Research and Essays 2010, 5(10), 1052-1063.
• [6] http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a460791.pdf, 11.01.2017.
• [7] Bentham M., Alderson A., Alderson K.L., Garments Having Auxetic Foam Layers, U.S. Patent Application 12/277, 457.
• [8] Lowe A., Lakes R.S., Negative Poisson's ratio foam as seat cushion material, Cell. Polym. 2000, 19, 157-168.
• [9] Allen T., Duncan O., Foster L., Senior T., Zampieri D., Edeh V., Alderson A., Auxetic foam for snow sport safety devices, Snow sports trauma and safety: proceedings of the International Society of Skiing Safety. Advances in Experimental Medicine and Biology, 21. International Society for Skiing Safety, 2016 (In Press).
• [10] Scarpa F., Giacomon J., Zhang Y., Pastorino P., Mechanical performance of auxetic polyurethane foam for antivibration glove applications, Cell. Polym. 2005, 24, 253-268.
• [11] Ge C., A comparative study between felted and triaxial compressed polymer foams on cushion performance, J. Cell. Plast. 2013, 49, 521-533.
• [12] Haris A., Lee H.P., Tay T.E., Tan V.B.C., Shear thickening fluid impregnated ballistic fabric composites for shock wave mitigation, International Journal of Impact Engineering 2015, 80, 143-151.
• [13] Wu X., Yin Q., Huang C., Experimental study on pressure, stress state, and temperature-dependent dynamic behavior of shear thickening fluid subjected to laser induced shock, Journal of Applied Physics 2015, 118, 173102, doi: 10.1063/1.4934857.
• [14] Zhou H., Yan L., Jiang W., Xuan S., Gong X., Shear thickening fluid-based energy-free damper: Design and dynamic characteristics, Journal of Intelligent Material Systems and Structures 2016, 27(2), 208-220.
• [15] Ramirez J.G., Characterization of Shear-thickening Fluid-filled Foam Systems for use in Energy Absorption Devices, Massachusetts Institute of Technology, 2004.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).