Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Hybrid nanobiocomposites based on poly(3-hydroxybutyrate) : characterization, thermal and mechanical properties

Zarzycka Iwona, Czerniecka-Kubicka Anna, Szyszkowska Agnieszka, Pyda Marek, Frącz Wiesław, Byczyński Łukasz, Sedlarik Vladimir

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2020

|

Vol. 22, no. 1

97--110

EN

Poly(3-hydroxybutyrate) is a biopolymer used to production of implants in the human body. On the other hand, the physical and mechanical properties of poly(3-hydroxybutyrate) are compared to the properties of isotactic polypropylene what makes poly(3-hydroxybutyrate) possible substitute for polypropylene. Unfortunately, the melting point of poly(3-hydroxybutyrate) is almost equal to its degradation temperature what gives very narrow window of its processing conditions. Therefore, numerous attempts are being made to improve the poly(3-hydroxybutyrate) properties. In the present work, hybrid nanobiocomposites based on poly(3-hydroxybutyrate) as a matrix with the use of organic nanoclay – Cloisite 30B and linear polyurethane as a second filler have been manufactured. The linear polyurethane was based on diphenylmethane 4,4′-diisocyanate and diol with imidazoquinazoline rings. The obtained nanobiocomposites were characterized by X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopies, thermogravimetry, differential scanning calorimetry and their selected mechanical properties were tested. The resulting hybrid nanobiocomposites have intercalated/exfoliated structure. The nanobiocomposites are characterized by a higher thermal stability and a wider range of processing temperatures compared to the unfilled matrix. The plasticizing influence of nanofillers was also observed. In addition, the mechanical properties of the discussed nanobiocomposites were examined and compared to those of the unfilled poly(3-hydroxybutyrate). The new-obtained nanobiocomposites based on poly(3-hydroxybutyrate) containing 1% Cloisite 30B and 5 wt. % of the linear of polyurethane characterized the highest improvement of processing conditions. They have the biggest difference between the temperature of degradation and the onset melting temperature, about 100 °C.

2

Ocena wpływu wyboru modelu mikromechanicznego na prognozowanie orientacji włókien oraz właściwości mechaniczne kompozytu WPC

Frącz Wiesław, Janowski Grzegorz

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2019

|

z. 91 [299], nr 1-2

5--16

PL

W pracy oceniono efektywność zastosowania modeli mikromechanicznych Folgara-Tuckera oraz RSC w prognozowaniu powtryskowej orientacji włókien w matrycy polimerowej dla specyficznego kompozytu WPC złożonego z matrycy polimerowej PP oraz napełniacza, tj. włókien drzewnych w ilości 15% mas. Obliczone wartości składowych tensora orientacji włókien w matrycy polimerowej pozwoliły również na ocenę wpływu zastosowanych modeli mikromechanicznych na możliwości prognozowania właściwości mechanicznych kompozytu WPC z zastosowaniem modelu homogenizacji Mori-Tanaka. Należy zauważyć, że domyślnym modelem mikromechanicznym stosowanym w wielu programach CAE specjalizowanych w zakresie procesu formowania wtryskowego jest model Folgara-Tuckera. Istotna staje się więc ocena przydatności modelu RSC, który nie jest modelem domyślnym i próba odpowiedzi, czy można go stosować w prognozowaniu właściwości przetwórczych i mechanicznych kompozytów WPC.

EN

This article evaluates the effectiveness of selected micromechanical models, such as Folgar-Tucker and RSC, in numerical calculations concerning fiber orientation prediction in a polymer matrix for the WPC composite containing 15% by mass of wood fibers. In addition, the obtained values of fiber orientation tensor in the polymer matrix allowed to assess the influence of the applied micromechanical models on the possibilities of predicting the mechanical properties of the WPC composite using the Mori-Tanaka homogenization model. It should be noted that the default micromechanical model suggested in CAE software including the injection moulding process modules is the Folgar-Tucker model. Hence, it is important to investigate whether the second optional model, i.e. RSC, should be the main model used in predicting the processing and mechanical properties of WPC composites.

3

Predicting effect of fiber orientation on chosen strength properties of wood-polymer composites

Frącz Wiesław, Janowski Grzegorz

Composites Theory and Practice

|

2019

|

R. 19, nr 2

56--63

EN

The paper presents an assessment of the effect of fiber orientation on the strength properties of products made from wood-polymer composites by the injection molding process based on micromechanical analysis. For this purpose numerical analysis was carried out for the product model with geometry of the sample intended for the uniaxial tensile test. To determine the actual fiber orientation after the manufacturing process, the orientation tensor values were calculated using Autodesk Moldflow Insight 2016 software. The micromechanical calculations were performed using Digimat FE commercial code. The results (stress-strain characteristics) of the numerical simulations taking into account the calculated fiber orientation tensor were compared to the experiment. To produce the wood-polymer composite, the polypropylene polymer matrix was Moplen HP 648T. As the filler Lignocel C120 wood fibers made by Rettenmeier & Sohns company were applied. A composite with a 10 vol.% content of wood fibers in the polymer was manufactured in the extrusion process by means of a Zamak EHP 25 extruder. For specimen manufacturing a Dr. Boy 55E injection molding machine equipped with a two cavity injection mold was used. Before the numerical simulations the uniaxial tensile test was performed using a Zwick Roell Z030 testing machine. The specimens were tested at the speed of 50 mm/min according to the PN-EN ISO 527 standard. The obtained stress-strain characteristics were used as a verification criterion for further numerical analysis. Moreover, the mechanical properties of the same composite products were predicted for hypothetical fiber orientation types. It was noted that the selection of fiber orientation has a significant impact on the quality of the obtained results compared to the experiment.

PL

Przedstawiono ocenę wpływu orientacji włókien na właściwości wytrzymałościowe wyrobów kompozytowych na przykładzie wyrobów z kompozytu typu drewno-polimer formowanych w technologii wtryskiwania. Przeprowadzono analizę numeryczną dla modelu wyrobu o geometrii próbki przeznaczonej do próby jednoosiowego rozciągania. W celu uzyskania danych o powtryskowej orientacji włókien w matrycy polimerowej przeprowadzono analizę numeryczną procesu wtryskiwania za pomocą oprogramowania Autodesk Moldflow Insigth 2016. Uzyskano w ten sposób wartości tensora orientacji włókien dla zadanych parametrów technologicznych procesu wytwarzania wyrobu. Obliczenia mikromechaniczne (analizy właściwości struktury kompozytu) przeprowadzono z wykorzystaniem oprogramowania Digimat FE. Wyniki analizy numerycznej dla obliczonej wartości tensora orientacji włókien porównano z eksperymentem. Ponadto, w celu ułatwienia definiowania w systemach CAE właściwości kompozytu wykonano prognozowanie jego właściwości mechanicznych dla hipotetycznych, uproszczonych przypadków orientacji włókien. Potwierdzono, iż dobór orientacji napełniacza (włókien) ma znaczący wpływ na zgodność prognozowanych właściwości kompozytu z wynikami badań eksperymentalnych.

4

Fiber shape selection problems in material models used in numerical strength analysis of wood-polymer composites

Frącz Wiesław, Janowski Grzegorz

Composites Theory and Practice

|

2019

|

R. 19, nr 2

50--55

EN

The paper presents the problems in selecting the fiber shape in numerical strength analysis for wood-polymer composites. For this purpose numerical analysis of the uniaxial tensile test for the wood-polymer composite sample was performed. Variable geometry of the fiber model was used. The fiber orientation data were obtained using Autodesk Moldflow Insight 2016 software. Micromechanical calculations based on homogenization methods were performed using Digimat FE commercial code. The results of the numerical simulations were compared with the experiment ones. To manufacture the WP composite, Moplen HP 648T polypropylene (PP) from Basell Orlen Polyolefins was used as the polymer matrix. As the filler 10 vol.% Lignocel C120 wood fiber manufactured by JRS - J. RETTENMAIER & Söhne Company was used. Adhesion promoter P613 by Dupont was used as well. A Dr Boy 55E injection molding machine was used to produce the test specimens. It was noted that the selection of the fiber shape has a significant impact on the consistency of the obtained results and consequently on compliance with the experiment ones. Fiber location calculations were performed for each geometry type available in the Digimat software. The most consistent results for numerical homogenization (Digimat FE) are associated with the choice of a curved cylinder shape of fiber. This may be due to the greatest convergence of the orientation tensor value received from the numerical simulation of the injection molding process during its transformations to the representative volume element model. In addition, this result may be due to the fact that the curved cylinder type of geometry is characterized by the most variable shape due to the degree of curvature. This reflects the real, non-standard problems to determine the shape of the wood fiber in the polymer matrix.

PL

Przedstawiono problematykę wyboru geometrii włókna w numerycznej analizie wytrzymałościowej kompozytu typu drewno-polimer. W tym celu przeprowadzono symulację próby jednoosiowego rozciągania dla próbek wykonanych z kompozytu polimerowo-drzewnego. Badano zmienną geometrię włókna, gdzie dane dotyczące orientacji włókien otrzymano z użyciem programu Autodesk Moldflow Insight 2016. Obliczenia mikromechaniczne opierające się na metodach homogenizacji przeprowadzono z użyciem programu Digimat FE. Wyniki otrzymane w symulacjach numerycznych porównano z eksperymentem. Stwierdzono, że dobór geometrii włókna w analizach numerycznych ma istotny wpływ na otrzymane wyniki, a w konsekwencji zgodność z eksperymentem.