13.2. Application of nano-additives

13.2. Application of nano-additives to enhance the thermal and mechanical properties of polymer composites
Residual stresses in composites, based on their resources, are studied on two levels, micro-residual stresses (single matrix-fibre composite) and macro-residual stress (in laminated composites). Total residual stresses are determined by adding micro- and macro-residual stresses.

At the macro-mechanical level, classical laminated theory (CLT) is the simplest and commonest method for analytical study of macro-residual stress in laminated composites (Hahn and Pagano, 1975). In addition, the CLT and the energy method can be used to predict the shape of the asymmetrical laminates after the curing process (Shokrieh and Kamali, 2005 and Wang et al., 1992). It is important to note that CLT can only present an initial estimation of macro-residual stresses, because the CLT does not consider several important factors affecting the formation of residual stresses, such as cooling rate and the change in matrix CTE during the curing process. The exact determination of residual stresses at the macro-level is only possible using destructible methods such as hole drilling or slitting (Ersoy and Vardar, 2000 and Sicot et al., 2003).

At the micro-mechanical level, several micro-mechanical methods have been presented by researchers to determine micro-residual stress in single fibre-matrix composites. Among them, the energy method is the most useful. This method does not have the limiting assumptions of the other methods and provides a direct approach to obtain the micro-residual stresses. Also this method clearly shows the influence of effective parameters (CTE, Young’s modulus) on micro-residual stresses (Shokrieh and Safarabadi, 2011).

In order to study nano-additives effects on residual stress in composites, it is necessary to know the main parameters affecting residual stress formation and then study the effect of nano-fillers on these parameters. As mentioned in the previous section, thermal residual stress is a function of physical and mechanical properties of the matrix and reinforcement, so effective parameters are CTE, elastic modulus (E) and Poisson’s ratio (v) of constituents. Analytical study of these elements in composites shows that residual stress fields are independent of Poisson’s ratio and the effects of Poisson’s ratio are negligible ( Shokrieh and Safarabadi, 2011). In addition to the matrix and reinforcement properties, there are other parameters that affect residual stress formation in composites, such as fibre volume fraction, cure conditions, glass transition temperature (Tg), post-cure process and environmental conditions. But, nano-fillers effects on environmental and cure conditions are not the subject of this chapter and therefore the study of nano-filler effects on the residual stress in composites are limited to study of their effects on the CTE and Young’s modulus of the matrix.

Through a systematic study of nano-filler effects on the major parameters in the formation of residual stress and the use of the CLT analysis and energy method for calculation of macro- and micro-residual stresses in laminated composites, it is possible to approximate how much the use of nano-fillers in the matrix of laminated composites can be effective for the reduction of residual stresses.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

13.2 การประยุกต์สารนาโนเพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางกล และความร้อนของพอลิเมอร์คอมโพสิตเครียดเหลือในคอมโพสิต ใช้ทรัพยากรของพวกเขา ได้ศึกษาในระดับที่สอง ไมโครส่วนที่เหลือจากความเครียด (เมตริกซ์เดียวเส้นใยคอมโพสิต) และความเครียดส่วนที่มีเหลือจากแมโคร (ในคอมโพสิตลามิเนต) เครียดเหลือรวมจะถูกกำหนด โดยการเพิ่มไมโคร - และแมโครส่วนที่เหลือจากความเครียดระดับเครื่องกลแม ทฤษฎีเคลือบคลาสสิก (CLT) เป็นวิธีที่ง่ายที่สุด และ commonest สำหรับแมโครส่วนที่เหลือจากความเครียดในคอมโพสิตลามิเนต (ฮาห์นและ Pagano, 1975) การศึกษาวิเคราะห์ นอกจากนี้ CLT และวิธีพลังงานสามารถใช้ทำนายรูปร่างของลามิเนต asymmetrical หลังจากการบ่มผิว (Shokrieh และ Kamali, 2005 และวัง et al., 1992) โปรดทราบว่า CLT เท่านั้นสามารถแสดงการประเมินเริ่มต้นของความเครียดส่วนที่มีเหลือจากแมโคร เนื่องจาก CLT พิจารณาปัจจัยสำคัญต่าง ๆ ที่ส่งผลกระทบต่อการก่อตัวของความเครียดเหลือ เช่นระบายความร้อนและอัตราการเปลี่ยนแปลงในเมตริกซ์ CTE ในระหว่างกระบวนการบ่มผิวได้ กำหนดแน่นอนของความเครียดตกค้างดับได้โดยใช้วิธี destructible เช่นหลุมเจาะ หรือตัด (Ersoy และ Vardar, 2000 และ Sicot และ al., 2003)ระดับไมโครเครื่องกล เครื่องกลไมโครหลายวิธีได้ถูกนำเสนอ โดยนักวิจัยจะกำหนดไมโครส่วนที่เหลือจากความเครียดในวัสดุผสมเส้นใยเดี่ยวเมตริกซ์ วิธีพลังงานจะไม่เป็นประโยชน์มากที่สุดในหมู่พวกเขา วิธีการนี้มีสมมติฐานข้อจำกัดของวิธีการ และมีวิธีโดยตรงรับความเครียดส่วนที่มีเหลือจากไมโคร วิธีการนี้อย่างชัดเจนแสดงอิทธิพลของพารามิเตอร์ที่มีผลบังคับใช้ (CTE โมดูลัสของยัง) ในส่วนที่มีเหลือจากไมโครเครียด (Shokrieh และ Safarabadi, 2011) ด้วยเพื่อศึกษาผลความเครียดตกค้างในวัสดุผสมนาโนสาร ได้ทราบพารามิเตอร์หลักที่มีผลต่อความเครียดตกค้างก่อ และศึกษาผลของนาโน fillers พารามิเตอร์เหล่านี้แล้ว กล่าวถึงในส่วนก่อนหน้านี้ ความเครียดตกค้างความร้อนเป็นฟังก์ชันทางกายภาพ และสมบัติทางกลของเมตริกซ์ และเสริมแรง มีประสิทธิภาพดังนั้นพารามิเตอร์ CTE โมดูลัสยืดหยุ่น (E) และอัตราส่วนของปัวซอง (v) ของ constituents ศึกษาวิเคราะห์องค์ประกอบเหล่านี้ในคอมโพสิตแสดงว่า เครียดเหลือฟิลด์จะขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของปัวซอง และผลกระทบของอัตราส่วนของปัวซองเป็นระยะ (Shokrieh และ Safarabadi, 2011) นอกจากคุณสมบัติของเมทริกซ์และการเสริมแรง มีพารามิเตอร์อื่น ๆ ที่มีผลต่อการก่อตัวของความเครียดตกค้างในคอมโพสิต เส้นใยปริมาณเศษ รักษาสภาพ อุณหภูมิการเปลี่ยนแก้ว (Tg), กระบวนการหลังการรักษา และสภาพแวดล้อม แต่ นาโน fillers ผลกระทบสิ่งแวดล้อมและรักษาสภาพไม่อยู่ในบังคับของบทนี้ และดังนั้น การศึกษาผลความเครียดตกค้างในวัสดุผสมนาโนฟิลเลอร์มีศึกษาผล CTE และสาวของโมดูลัสของเมทริกซ์จำกัดผ่านการศึกษาระบบนาโนฟิลเลอร์ผลพารามิเตอร์สำคัญในการก่อตัวของความเครียดตกค้างและใช้ CLT พลังงานและวิเคราะห์วิธีการคำนวณของแมโคร - และไมโครส่วนที่เหลือจากความตึงเครียดในคอมโพสิตลามิเนต ได้ไปประมาณเท่าใดใช้นาโน-fillers ในเมตริกซ์ของคอมโพสิตที่เคลือบได้อย่างมีประสิทธิภาพสำหรับการลดความเครียดเหลือ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

13.2 การประยุกต์ใช้สารเติมแต่งนาโนเพื่อเพิ่มสมบัติทางความร้อนและทางกลของวัสดุผสมพอลิเมอความเครียดที่เหลือในคอมโพสิตบนพื้นฐานของทรัพยากรของพวกเขามีการศึกษาในสองระดับความเครียดไมโครเหลือ (เดี่ยวเมทริกซ์ไฟเบอร์คอมโพสิต) และความเครียดมหภาคที่เหลือ (ในลามิเนต คอมโพสิต)
ความเครียดที่เหลือทั้งหมดจะถูกกำหนดโดยการเพิ่มระดับจุลภาคและมหภาคความเครียดที่เหลือ. ในระดับมหภาคกลทฤษฎีคลาสสิกลามิเนต (CLT) เป็นวิธีที่ง่ายและพบมากในการศึกษาวิเคราะห์ของความเครียดมหภาคตกค้างในคอมโพสิตลามิเนต (ฮาห์นและ Pagano, 1975) นอกจากนี้วิธีการ CLT และพลังงานที่สามารถนำมาใช้ในการทำนายรูปร่างของลามิเนตไม่สมดุลหลังจากผ่านกระบวนการบ่มที่ (Shokrieh และ Kamali 2005 และวัง et al., 1992) มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะทราบว่า CLT เท่านั้นที่สามารถนำเสนอการประเมินเริ่มต้นของความเครียดมหภาคที่เหลือเพราะ CLT ไม่พิจารณาปัจจัยสำคัญหลายประการที่มีผลต่อการก่อตัวของความเครียดที่เหลือเช่นการระบายความร้อนและอัตราการเปลี่ยนแปลงในเมทริกซ์ CTE ในระหว่างกระบวนการบ่มที่ การกำหนดที่แน่นอนของความเครียดที่เหลือที่ระดับมหภาคเป็นเพียงที่เป็นไปได้โดยใช้วิธีการทำลายเช่นการเจาะรูหรือตัด (Ersoy และดาร์, 2000 และ Sicot et al., 2003). ในระดับกลไมโครวิธีไมโครกลหลาย ได้รับการนำเสนอโดยนักวิจัยเพื่อตรวจสอบความเครียดไมโครตกค้างในคอมโพสิตใยเมทริกซ์เดียว ในหมู่พวกเขาวิธีการพลังงานที่เป็นประโยชน์มากที่สุด วิธีการนี้ไม่ได้มีสมมติฐาน จำกัด ของวิธีการอื่น ๆ และมีวิธีการที่จะได้รับโดยตรงความเครียดไมโครเหลือ นอกจากนี้วิธีการนี้แสดงให้เห็นชัดเจนถึงอิทธิพลของพารามิเตอร์ที่มีประสิทธิภาพ (CTE โมดูลัสของหนุ่ม) บนความเครียดไมโครเหลือ (Shokrieh และ Safarabadi 2011). เพื่อที่จะศึกษาผลนาโนสารเติมแต่งในความเค้นตกค้างในคอมโพสิตมันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะรู้หลัก พารามิเตอร์ที่มีผลต่อการก่อความเค้นตกค้างแล้วศึกษาผลของสารนาโนพารามิเตอร์เหล่านี้ เป็นที่กล่าวถึงในส่วนก่อนหน้าความเครียดความร้อนที่เหลือเป็นหน้าที่ของคุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกลของเมทริกซ์และการเสริมแรงเพื่อให้พารามิเตอร์ที่มีประสิทธิภาพ CTE โมดูลัสยืดหยุ่น (E) และอัตราส่วนของปัวซอง (v) เป็นคนละเรื่อง ศึกษาวิเคราะห์องค์ประกอบเหล่านี้ในคอมโพสิตแสดงให้เห็นว่าสาขาความเค้นตกค้างเป็นอิสระจากอัตราส่วนของปัวซองและผลกระทบของอัตราส่วนของปัวซองที่มีเล็กน้อย (Shokrieh และ Safarabadi 2011) นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติเมทริกซ์และการเสริมแรงมีพารามิเตอร์อื่น ๆ ที่มีผลต่อการก่อความเครียดตกค้างในคอมโพสิตเช่นใยส่วนปริมาณการรักษาสภาพอุณหภูมิสภาพแก้ว (TG) ขั้นตอนการโพสต์การรักษาและสภาพแวดล้อม แต่ผลกระทบนาโนฟิลเลอร์ในสภาพแวดล้อมและการรักษาไม่ได้เป็นเรื่องของบทนี้จึงศึกษาผลนาโนฟิลเลอร์ในความเค้นตกค้างในคอมโพสิตจะถูก จำกัด ในการศึกษาผลกระทบของพวกเขาใน CTE และโมดูลัสของยังของเมทริกซ์ผ่านระบบการศึกษาของผลกระทบนาโนฟิลเลอร์ในพารามิเตอร์ที่สำคัญในการก่อตัวของความเค้นตกค้างและการใช้การวิเคราะห์ CLT และวิธีการใช้พลังงานสำหรับการคำนวณของความเครียดแมโครและที่เหลือในไมโครคอมโพสิตลามิเนตที่มันเป็นไปได้ที่จะใกล้เคียงกับวิธีการมาก การใช้ฟิลเลอร์นาโนในเมทริกซ์ของคอมโพสิตลามิเนตที่สามารถที่มีประสิทธิภาพสำหรับการลดลงของความเครียดที่เหลือ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

13.2 . การประยุกต์ใช้สาร นาโน เพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางความร้อนและเชิงกลของพอลิเมอร์คอมโพสิท
ตกค้างความเค้นในวัสดุคอมโพสิตจากทรัพยากรของพวกเขาในการศึกษา 2 ระดับ ไมโครตกค้างความเค้น ( เดี่ยว Matrix ไฟเบอร์คอมโพสิต ) และมาโคร ความเค้นที่ตกค้าง ( เคลือบวัสดุผสม ) คงเหลือทั้งหมดความเครียดจะถูกกำหนดโดยการเพิ่มขนาดเล็กและแมโครตกค้างความเค้น .

ในทางทฤษฎีคลาสสิกระดับมหภาค , ลามิเนต ( CLT ) จะง่ายที่สุดและ commonest วิธีการวิเคราะห์ความเค้นที่ตกค้างในผิวเคลือบโคร ( ฮาห์น และพากาโน้ , 1975 ) นอกจากนี้ , CLT และวิธีพลังงานสามารถใช้ทำนายรูปร่างของอสมมาตรลามิเนตหลังจากขั้นตอนการบ่ม ( shokrieh และ kamali 2005 และ Wang et al . , 1992 )มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะทราบว่า CLT สามารถปัจจุบันประมาณเริ่มต้นของแมโครตกค้างความเค้นเนื่องจาก CLT จะไม่พิจารณาปัจจัยสําคัญหลายประการที่มีผลต่อการก่อตัวของความเค้นตกค้าง เช่น อุณหภูมิและการเปลี่ยนแปลงในเมทริกซ์ CTE ในระหว่างขั้นตอนการบ่ม .แน่นอนการหาความเค้นตกค้างในระดับมหภาคได้โดยใช้วิธีการทำลายเช่นหลุมเจาะหรือตัด ( ersoy และวาร์ดาร์ , 2000 และ sicot et al . , 2003 ) .

ระดับเครื่องกลจุลภาคหลายวิธีกล ไมโครได้ถูกนำเสนอโดยนักวิจัยเพื่อศึกษาความเครียดตกค้างไมโครในวัสดุผสมเนื้อเส้นใยเดี่ยว . ในหมู่พวกเขาวิธีพลังงาน เป็นประโยชน์ที่สุด วิธีนี้ไม่ได้มีการ จำกัด สมมติฐานของวิธีการอื่น ๆและมีวิธีการโดยตรงเพื่อให้ได้ไมโครความเค้นตกค้าง . ด้วยวิธีนี้อย่างชัดเจนแสดงให้เห็นถึงอิทธิพลของพารามิเตอร์ประสิทธิภาพ ( ETC ัสของยัง ) ไมโคร ( shokrieh safarabadi ตกค้างความเค้นและ

, 2011 )เพื่อศึกษาผลตกค้าง นาโน สารความเครียดในคอมโพสิต จะต้องรู้หลักของพารามิเตอร์ที่มีผลต่อการเกิดความเค้นตกค้าง และศึกษาผลของนาโนสารในพารามิเตอร์เหล่านี้ ตามที่กล่าวไว้ในส่วนก่อนหน้านี้ ความเค้นตกค้างความร้อนเป็นฟังก์ชันคุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกลของเมทริกซ์และการเสริมแรง ดังนั้นค่า CTE ที่มีประสิทธิภาพ ,โมดูลัสยืดหยุ่น ( E ) และอัตราส่วนของปัวซง ( V ) ขององค์ประกอบ การศึกษาเชิงวิเคราะห์องค์ประกอบเหล่านี้ในคอมโพสิต พบว่า ด้านความเค้นตกค้างเป็นอิสระของอัตราส่วนของปัวซองและผลของอัตราส่วนของปัวซองเป็นเล็กน้อย ( shokrieh และ safarabadi , 2011 ) นอกจากเมทริกซ์และสนับสนุนคุณสมบัติมีพารามิเตอร์อื่น ๆ ที่มีผลต่อการเกิดความเค้นตกค้างในคอมโพสิต เช่น สัดส่วน ปริมาณ เส้นใย รักษาสภาพอุณหภูมิคล้ายแก้ว ( Tg ) โพสต์การรักษา สภาพแวดล้อม กระบวนการ แต่นาโน ฟิลเลอร์ ผลกระทบต่อสภาพสิ่งแวดล้อมและการรักษาไม่ได้เป็นหัวเรื่องของบทนี้จึงศึกษานาโนฟิลเลอร์ต่อความเค้นตกค้างในคอมโพสิต จำกัด เพื่อศึกษาผลของพวกเขาบนพื้นฐาน และยังโมดูลัสของเมทริกซ์ .

ผ่านการศึกษาระบบนาโนฟิลเลอร์ต่อพารามิเตอร์ที่สำคัญในการเกิดความเค้นตกค้างและใช้การวิเคราะห์และวิธีการสำหรับการคำนวณพลังงานแทรกแมโครและไมโครตกค้างความเค้นในวัสดุลามิเนต มันเป็นไปได้ในการประมาณเท่าไหร่ใช้นาโนสารในเมทริกซ์ของคอมโพสิตที่เคลือบสามารถมีประสิทธิภาพสำหรับ การลดความเค้นตกค้าง .