Title
Dynamic mechanical properties of hybrid nanocomposite materials
Creator
Torki, Abdolghane, 1965-
Copyright date
2012
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Deliti pod istim uslovima 3.0 Srbija (CC BY-NC-SA 3.0)
License description
Dozvoljavate umnožavanje, distribuciju i javno saopštavanje dela, i prerade, ako se navede ime autora na način odredjen od strane autora ili davaoca licence i ako se prerada distribuira pod istom ili sličnom licencom. Ova licenca ne dozvoljava komercijalnu upotrebu dela i prerada. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/rs/deed.sr_LATN Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
English
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 17.09.2012.
Other responsibilities
mentor
Aleksić, Radoslav, 1952-
član komisije
Uskoković, Petar, 1965-
član komisije
Radojević, Vesna, 1961-
član komisije
Zrilić, Milorad, 1949-
član komisije
Živković, Irena
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Tehnološko-metalurški fakultet
Alternative title
Dinamičko mehanička svojstva hibridnih nanokompozitnih materijala
Publisher
[A. Torki]
Format
PDF/A (162 listova)
description
Hemija i hemijska tehnologija - Nauka o materijalima i inženjerstvo materijala / Chemistry and Chemical Technology - Materials Science and Engineering
Abstract (en)
Predmet istraživanja ove doktorske disertacije pripada oblasti nanomateijala i
nanotehnogija koja je u trendu savremenih istraživanja. Posebno su intenzivna istraživanja u
oblasti polimernih nanokompozita gde tradicionalno slabe strane polimera (niske vrednosti
parametara mehaničke čvrstoće i loša termostabilnost) se značajno poboljšavaju primenom
malog udela nano punioca i ojačanja uz neznatan porast gustine. Razvijena je metoda
dizajniranja strukture nanokompozitnih balističkih materijala sa gledišta poboljšanja njihovih
svojstava otpornosti pri udarima visoke energije. Proučeni su uslovi dobijanja laminarnih
kompozitnih materijala p-aramid/poli (vinil butiral). Poli (vinil butiralni) sloj nanošen je u
obliku disperzije poli (vinil butirala) i nano čestica SiOR2R u etil-alkoholu, pri čemu su korišćene
modifikovane i nemodifikovane čestice SiOR2 Rsa vezujućim agensom-AMEO silanom. Na taj
nači je utvrđen veliki značaj modifikacije nano čestica SiOR2R sa silanima na mehanička, termička
i antibalistička svojstva dobijenih hibridnih nanokompozitnih materijala. Savremena istraživanja
u ovoj oblasti usmerena su u pronalaženju mehanizama zaustavljanja rasta prsline
modifikovanjem strukture na nano nivou što je i predmet ove doktorske disertacije. Proučavanja
u okviru ove disertacije bila su usmerena na istraživanja mehanizama apsorpcije energije u
nanokompozitima pri udarnim opterećenjima visoke energije i ponašanje nano čestica kao
konstituenata u strukturi hibridnih kompozitnih materijala. Sinteza ovih nanokompozitnih
materijala izvršiće se primenom koloidnih suspenzija koje se karakterišu ekstremnim porastom
viskoznosti pri velikim brzinama smicanja kojima su izloženi pri udarnim naprezanjima.
Originalnost ideje se ogleda što je princip hibridizacije primenjen na izradu laminatnih
balističkih ploča sa laminama koje su različito nanomodifikovane a samim tim i sa različitim
svojstvima. Značaj ove ideje je što različito nanomodifikovane lamine omogućavaju izradu
funkcionalno gradijentnih kompozitnih materijla od nano do mikro nivoa.
Ciljevi ove disertacije su višestruki: 1) proučavanje mehanizama procesiranja nano
prahova različitih oksida u različitim disperzionim sredstvima prema klasičnim metodama i
savremenim metodama modifikovanja površine čestica; 2) eksperimentalna istraživanje uticaja
procesnih uslova brizganja i toplog presovanja hibridnih nonokompozita sa tkaninama od
aramidnih vlakana sa različitim udelom modifikovanih nanočestica na njihova dinamickomehanička
svojstva (modul sačuvane i izgubljene energije i tangens gubitaka) u različitom
temperaturnom intervalu pri različitim frekvencijama); 3) eksperimentalna istraživanje uticaja
procesnih uslova brizganja i toplog presovanja hibridnih laminatnih nonokompozita sa
matricom od poli (vinil butirala) sa razlicitim udelom modifikovanih cestica silicijum dioksida na
makromehanicka svojstva (Jungov modul elasticnosti, zatezna cvrstoca, prekidno izduženje); 4)
eksperimentalna ispitivanja otpornosti na razaranje dobijenih hibridnih nanokompozitnih materijala na
udar velikim energijama i brzinama (standardna balisticka ispitivanja sa municijom u realnim uslovima).
Abstract (en)
The purpose of this dissertation is to investigate the effects of lamination and
hybrid soft armor systems through ballistic impact. The investigation was carried out by
using dynamic mechanical analysis and actual ballistic testing. The most important
conclusions derived from this research are that lamination of the systems with very low
resin content are superior to multiple non-laminated systems, and this advance could be
improved further by hybrid systems using nanomodified fabric layers on the impact side
and relatively tighter woven fabrics between the layers.
This dissertation reports the preparation of SiOR2R and TiOR2R/poly (vinyl butyral)
nanocomposites with enhanced dynamic mechanical properties. Silica and titania
nanoparticles were introduced in the matrix as the neat powder and as colloidal sol
using the melt mixing process. Composites reinforced with colloidal sol silica and
titania showed higher mechanical properties than the ones reinforced with as-received
particles. When sol TiOR2R particles are used, the highest increase of storage modulus of
about 54% is obtained for 5 wt% loading, while for sol SiOR2R, the storage modulus
increases with the addition of nanosilica with the largest increase of about 99% for 7
wt% loading. In addition, nanocomposites were introduced within Kevlar/PVB
composites. The addition of 5 wt% silica and titania colloidal sol lead to the remarkable
increase of the storage modulus for about 98 and 65%, respectively. Largest
contribution of nanoreinforcements in lowering the glass transition temperature is
observed for 7 wt% loading of TiOR2R and SiOR2R colloidal sol.
This study reports the manufacture of new fabric forms from the preparation of
hybrid laminated multi-axial composites with enhanced thermo-mechanical properties.
Thermal and dynamic mechanical analysis of polymer matrix films and fabricated
hybrid composites were employed in order to determine the optimal material
composition and reinforcement content for composites with improved viscoelastic
properties. The introduction of 5 wt. % silica nanoparticles in a composite of p-aramid–
poly(vinyl butyral) led to significant improvements in the mechanical properties, and
the addition of silane coupling agents yielded maximal values of the storage modulus
for hybrid nanocomposites. The introduction of silane led to a better dispersion and
deagglomeration of SiOR2R particles and to the formation of chemical bonds between organic
and inorganic constituents, or p-aramid–poly(vinyl butyral) composites. In this way, the mobility
of macromolecules was reduced, which can be seen from the decreasing value of damping factor
for the p-aramid–poly(vinyl butyral) composite. Analysis of the glass transition temperature of
the composite with amino-functionalized silica nanoparticles revealed improved thermal stability
in addition to the aforementioned mechanical properties of the tested materials.
Authors Key words
Nanokompoziti, poli(vinil butiral), nano-TiO2, nano SiO2 dinamickomehanicka
svojstva, hibridni kompoziti, laki zaštitni kompoziti
Authors Key words
Nanocomposites, poly (vinyl butyral), nano-TiO2, nano SiO2, dynamic mechanical
properties, hybrid composites, lightweight armor composites
Classification
66.017/.018
Subject
Nanokompozitni materijali
Type
Tekst
Abstract (en)
Predmet istraživanja ove doktorske disertacije pripada oblasti nanomateijala i
nanotehnogija koja je u trendu savremenih istraživanja. Posebno su intenzivna istraživanja u
oblasti polimernih nanokompozita gde tradicionalno slabe strane polimera (niske vrednosti
parametara mehaničke čvrstoće i loša termostabilnost) se značajno poboljšavaju primenom
malog udela nano punioca i ojačanja uz neznatan porast gustine. Razvijena je metoda
dizajniranja strukture nanokompozitnih balističkih materijala sa gledišta poboljšanja njihovih
svojstava otpornosti pri udarima visoke energije. Proučeni su uslovi dobijanja laminarnih
kompozitnih materijala p-aramid/poli (vinil butiral). Poli (vinil butiralni) sloj nanošen je u
obliku disperzije poli (vinil butirala) i nano čestica SiOR2R u etil-alkoholu, pri čemu su korišćene
modifikovane i nemodifikovane čestice SiOR2 Rsa vezujućim agensom-AMEO silanom. Na taj
nači je utvrđen veliki značaj modifikacije nano čestica SiOR2R sa silanima na mehanička, termička
i antibalistička svojstva dobijenih hibridnih nanokompozitnih materijala. Savremena istraživanja
u ovoj oblasti usmerena su u pronalaženju mehanizama zaustavljanja rasta prsline
modifikovanjem strukture na nano nivou što je i predmet ove doktorske disertacije. Proučavanja
u okviru ove disertacije bila su usmerena na istraživanja mehanizama apsorpcije energije u
nanokompozitima pri udarnim opterećenjima visoke energije i ponašanje nano čestica kao
konstituenata u strukturi hibridnih kompozitnih materijala. Sinteza ovih nanokompozitnih
materijala izvršiće se primenom koloidnih suspenzija koje se karakterišu ekstremnim porastom
viskoznosti pri velikim brzinama smicanja kojima su izloženi pri udarnim naprezanjima.
Originalnost ideje se ogleda što je princip hibridizacije primenjen na izradu laminatnih
balističkih ploča sa laminama koje su različito nanomodifikovane a samim tim i sa različitim
svojstvima. Značaj ove ideje je što različito nanomodifikovane lamine omogućavaju izradu
funkcionalno gradijentnih kompozitnih materijla od nano do mikro nivoa.
Ciljevi ove disertacije su višestruki: 1) proučavanje mehanizama procesiranja nano
prahova različitih oksida u različitim disperzionim sredstvima prema klasičnim metodama i
savremenim metodama modifikovanja površine čestica; 2) eksperimentalna istraživanje uticaja
procesnih uslova brizganja i toplog presovanja hibridnih nonokompozita sa tkaninama od
aramidnih vlakana sa različitim udelom modifikovanih nanočestica na njihova dinamickomehanička
svojstva (modul sačuvane i izgubljene energije i tangens gubitaka) u različitom
temperaturnom intervalu pri različitim frekvencijama); 3) eksperimentalna istraživanje uticaja
procesnih uslova brizganja i toplog presovanja hibridnih laminatnih nonokompozita sa
matricom od poli (vinil butirala) sa razlicitim udelom modifikovanih cestica silicijum dioksida na
makromehanicka svojstva (Jungov modul elasticnosti, zatezna cvrstoca, prekidno izduženje); 4)
eksperimentalna ispitivanja otpornosti na razaranje dobijenih hibridnih nanokompozitnih materijala na
udar velikim energijama i brzinama (standardna balisticka ispitivanja sa municijom u realnim uslovima).
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.