Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Deceleration behavior of multi‑layer cork composites intercalated with a non‑Newtonian material

Sheikhi Mohammad Rauf, Gürgen Selim

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 1

art. no. e2, 2023

EN

Impact or sudden accelerations are strictly avoided by sensitive systems such as electronic devices, robotic structures and unmanned aerial vehicles (UAVs). In order to protect these systems, various composites have been developed in recent years. Due to its excellent energy absorbing capabilities as well as eco-friendly and sustainable properties, cork is one of promising materials dedicated to protective applications. In this study, we beneft from cork agglomerates in multi-layer design considering its advantages such as high fexural stifnesstoweight ratio and good buckling resistance over monolithic structures. In addition, a non-Newtonian material, namely shear thickening fuid (STF) was incorporated in this design. STF shows rapid increase in its viscosity under loading and thereby enabling a stifer texture that contributes to protective performance. At rest state, STF exhibit fuidic behavior and provides fexibility for composite. In the experimental stage, deceleration behavior of these composites was investigated. According to the analyses, STF exhibits promising results to lower peak decelerations while extending time period of deceleration under impact loading. STF contribution is pronounced by using this material in a closed medium such as in wrapped foam to avoid spilling out of composite during impact. The designed eco-friendly smart composites are suggested to cover internal parts in sensitive systems. Micro-mobility helmet is another prospective application area for cork/STF structures since they provide light-weight, excellent fexibility and good deceleration behavior.

2

Synergistic Effects of Plasma Treatment and Fabric Structure on Stab-Resistance Performances of STF/Aramid Composite Fabrics

Zhang Xiayun, Li Ting-Ting, Wang Yunlong, Li Mengxuan, Lin Jia-Horng

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2020

|

Vol. 28, no. 2 (140)

67--75

EN

In order to improve the contribution of STF and fabric to the stab resistance of STF-impregnated aramid soft armour materials, the plasma treatment of various fabric structures was conducted. This study explored the interactive effects of plasma treatment, fabric structure and particle size on the spike and knife resistance properties of plasma-treated STF/Aramid fabrics. Fumed silica and polyethylene glycol (PEG) based STFs were prepared with various particle sizes (15 nm, 75 nm) at a solid content of 15%. Various weave structures of fabrics (plain, 2/2 twill, 5/3 satin, 2/2 basket) were impregnated with STF and then plasma-treatment conducted. The rheological behaviour of STF in various silica sizes as well as the spike and knife quasi-static stab resistances of the resultant plasma-treated STF/aramid fabrics in various weave structures were both explored. The results show that the various weave structures of STF/Aramid fabrics treated with plasma exhibited a significant enhancement of quasi-static spike resistance. Furthermor, 2/2 twill, 5/3 satin and basket weaving plasma-treated STF/Aramid with a coarser silica particle in STF showed a higher improvement in quasi-static spike resistance. Interactive effect results show that the plasma treatment of fabric and the silica size in STF affected spike resistance more significantly, while knife resistance was only significantly affected by the fabric structure.

PL

Aby poprawić odporność na przebicie tkaniny kompozytowych STF/aramid przeprowadzono ich obróbkę plazmową. Zbadano interaktywny wpływ obróbki plazmowej, struktury tkaniny i wielkości cząstek na właściwości odporności na przebicie kolcami i nożem tkanin kompozytowych STF/aramid poddanych działaniu plazmy. Przygotowano STF na bazie zmatowionej krzemionki koloidalnej i glikolu polietylenowego (PEG) o różnych wielkościach cząstek (15 i 75 nm) o zawartości substancji stałych wynoszącej 15%. Różne struktury splotu tkanin (m.in. gładkie, 2/2 diagonalne i 5/3 satynowe) zostały zaimpregnowane STF, a następnie przeprowadzono obróbkę plazmą. Badano zarówno zachowanie reologiczne w przypadku różnych rozmiarów krzemionki, jak i quasi-statyczne odporności na przebicie kolcami i nożem otrzymanych tkanin STF/aramid poddanych obróbce plazmowej i wykonanych z zastosowaniem różnych struktur splotu. Wyniki pokazały, że różne struktury splotu tkanin STF aramid poddanych obróbce plazmą wykazały znaczne zwiększenie quasi-statycznej odporności na przebicie kolcami. Ponadto tkany z grubszą cząstką krzemionki w STF wykazały poprawę w quasi-statycznej odporności na przebicie kolcami. Wyniki pokazały, że obróbka plazmowa tkaniny i rozmiar krzemionki w STF wpłynęły bardziej na odporność na przebicie kolcami, podczas gdy na wytrzymałość na przebicie nożem istotny wpływ miała tylko struktura tkaniny.

3

Rheological and deformation behavior of natural smart suspensions exhibiting shear thickening properties

Gürgen Selim, de Sousa Ricardo J. Alves

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2020

|

Vol. 20, no. 4

166--173

EN

Shear thickening fluid (STF) is a very interesting and promising material in several application fields where a different mechanical is demanded based on loading rates, like body armor and vibration insulators. Cork is a natural cellular material by excellence, filled with well-known beneficial effects in terms of insulation and also interesting crashworthiness properties. In this work, cork grains of very small size (0.5–1.0 mm) are added to two different shear thickening suspensions, one of them a fully natural water and cornstarch, and the other based on fumed silica and polyethylene glycol. The rheology of these eco-friendly suspensions was investigated and the influences of including cork grains were discussed. In addition, microscopic analyses were carried out to observe the deformations at each component during the shear thickening phenomenon. Cork grains reduce the load-carrying capacity in the suspensions due to the deformable characteristics of cork. For this reason, shear thickening properties are suppressed in the mixtures. Despite this, it is possible to state that viscosity increase in the mixtures leads to strong particle contacts, and thereby resulting in particle deformations in the main constituent powder as well as in the cork additives due to their softer structures.

4

Thermal stability of the elastomeric anti-trauma pad

Olszewska K., Zielinska D., Struszczyk M. H., Wierzbicki Ł., Leonowicz M. K.

Polish Journal of Chemical Technology

|

2017

|

Vol. 19, nr 2

93--100

EN

The elastomeric anti-trauma pad (EA-TP) based on shear thickening fluid (STF) has been developed. Dynamic oscillatory shear experiment was conducted at constant strain amplitude of 5%. STF composed of 25% of volume fraction of 7 nm Fumed Silica, dispersed in polypropylene glycol with molar mass 400 gmol−1 shows elastic properties in entire investigated range of the frequency. Ballistic tests of EA-TP with 7.62 mm × 39 mm PS bullets were performed according to the PN-V-87000:2011 standard. The studies revealed about 60% reduction of the average backface signature depth (BSD) for the EA-TP, when compared to the nowadays commonly used soft insert. The ATR-FTIR analysis confirmed slight impact of the elevated temperature and air (oxygen) on the chemical degradation of the EA-TP surface. The UV-VIS spectroscopy has allowed to notice colour deviation of the aged samples towards green and yellow, as well as lack of dye resistance to accelerated aging process. Thermographic analysis has shown no visible changes of the EA-TP surface and sub-surface during accelerated aging process. The aforementioned small changes on the surface of EA-TP did not affect the ballistic properties of composite armour. EA-TP insert maintains ballistic properties after accelerated aging process which was simulating the period of 6 years according to ASTM F1980 – 07:2002 standard.

5

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

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

Composites Theory and Practice

|

2017

|

R. 17, nr 2

67--72

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.

6

Rheological Fluids as a Potential Component of Textile Products

Leonowicz M., Kozłowska J., Wierzbicki Ł, Olszewska K., Zielińska D., Kucińska I., Wiśniewski A.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2014

|

Vol. 22, no. 1 (103)

28--33

EN

Rheological fluids belong to the group of smart materials which can also form a component of some textile products. In this study shear thickening fluids (STF) and magnetorheological fluids (MRF) were synthesised. STF is a colloidal suspension of silica nanoparticles in an organic liquid carrier. The viscosity of STFs depends on the shear rate, which means that for a sufficiently high shear rate their properties change from the characteristic of a liquid to that typical for a solid body. This process is rapid and fully reversible. MRF is a noncolloid suspension of micrometric iron particles in a carrier liquid, usually oil. Under the action of an external magnetic field the particles form a chain-like structure and the MRFs change the viscosity, with their properties becoming characteristic of an elastic solid. In this study flexible body armours which are able to protect limbs were elaborated. Such systems can also be used for other flexible shields such as mates, blankets etc., as well as to find civilian applications, for example sport protective clothing.

PL

Materiały inteligentne zadomowiły się już na dobre w niemal wszystkich gałęziach przemysłu. Stanowią one również komponent wielu inteligentnych wyrobów tekstylnych. Przedmiotem opracowania są ciecze koloidalne, zagęszczane ścinaniem (STF) oraz ciecze magnetoreologiczne (RMF). Ciecze STF są koloidalną zawiesiną nanocząstek krzemionki w nośniku organicznym, np. glikolu etylenowym lub polietylenowym. Są to ciecze nienewtonowskie, czyli ich lepkość zależy od szybkości ścinania. STF wykazują zjawisko dylatacji, co znaczy, że przy odpowiednio dużej szybkości ścinania ich właściwości przechodzą od typowych dla cieczy, do charakterystycznych dla ciała stałego. Praktycznie zaś można stwierdzić, że STF pod wpływem uderzenia zmienia się z lepkiej cieczy w sprężyste ciało stałe. Proces ten jest szybki i w pełni odwracany. Ciecze MRF są niekoloidalną zawiesiną mikrometrycznych cząstek proszku żelaza w cieczy nośnej, zazwyczaj oleju. Są to również ciecze nienewtonowskie. Pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego cząstki żelaza tworzą sztywne łańcuchy a ciecze zmieniają lepkość i zbliżają swoje właściwości do typowych dla ciała stałego. MRF znajdują zastosowanie w adaptacyjnych układach tłumienia drgań, sprzęgłach, hamulcach itp. W ramach projektu POIG Innowacyjna Gospodarka Inteligentne pancerze pasywne z zastosowaniem cieczy reologicznych ze strukturami nano opracowywane są elastyczne kamizelki kuloodporne, zdolne do ochrony kończyn. Tego typu pancerze mogą też być stosowane na inne pozbawione sztywności, osłony, w postaci mat, plandek itp. Ciecze zagęszczane ścinaniem mogą także znaleźć zastosowania cywilne w ochraniaczach sportowych oraz odzieży ochronnej.

7

Synthesis and Stab Resistance of Shear Thickening Fluid (STF) Impregnated Glass Fabric Composites

Yu K., Cao H., Qian K., Jiang L., Li H.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2012

|

Vol. 20, no. 6A (95)

126--128

EN

A shear thickening fluid (STF) was prepared successfully and its rheological behavior was investigated. Glass fabrics were soaked in STF/ethanol solution to prepare STF-glass fabric composites. The morphologies of the STF-glass fabric composites were observed by SEM. Quasi-static stab-resistant tests were carried out on both the neat glass fabrics and STF-glass fabric composites using a knife based on the areal density. The corresponding puncture and strengthen mechanisms were also investigated.

PL

Przygotowano ciecz gęstniejącą pod wpływem ścinania (STF) i zbadano jej właściwości reologiczne. Tkaniny z włókien szklanych były nasycane roztworem STF/etanol dla przygotowania kompozytów. Morfologię kompozytów badano za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej. Prowadzono quasi-statyczne badania na przebicie na tkaninach szklanych nienasączonych oraz na opracowanych kompozytach za pomocą noża o specjalnie zaprojektowanej konstrukcji. Niezależnie od testów porównawczych badano również mechanizm przebicia.

8

Zastosowanie cieczy i żeli nienewtonowskich w osłonach balistycznych

Tatko R., Hoppe J.

Materiały Wysokoenergetyczne

|

2010

|

T. 2

37--42

PL

W artykule przedstawiono aktualny stan wiedzy dotyczący zastosowania cieczy nienewtonowskich w osłonach balistycznych. Szczególne znaczenie dla zastosowań balistycznych mają ciecze zagęszczane ścinaniem, dla których wraz ze wzrostem szybkości ścinania następuje nieproporcjonalnie szybszy przyrost naprężeń stycznych w cieczy. Obecne badania skupiają się na dwóch sposobach wykorzystania tych cieczy: impregnowanie miękkich osłon balistycznych wykonywanych z tkanin z włókien aramidowych czy polietylenowych oraz impregnowanie lekkich, sprężystych pianek siatkowych, o otwartych porach, wykorzystywanych jako wewnętrzna warstwa osłon balistycznych. Wyniki przeprowadzonych badań świadczą o korzystnym wpływie cieczy nienewtonowskich na właściwości balistyczne osłon.