OCENA WPŁYWU WYBORU MODELU MIKROMECHANICZNEGO NA PROGNOZOWANIE ORIENTACJI WŁÓKIEN ORAZ WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTU WPC

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.

Pełny tekst (pdf)

1. Klyosov A.A.: Wood-plastic composites, Wiley, New Jersey 2007.
2. Kaczmar J.W., Pach J.: Kompozyty polimerowe wzmacniane włóknami naturalnymi, Tworzywa Sztuczne i Chemia, 4 (2007) 14-16.
3. Ziąbka M., Szaraniec B.: Kompozyty polimerowe z dodatkiem włókien naturalnych, Kompozyty, 10 (2010) 138-142.
4. Wechsler A., Hiziroglu S.: Some of the properties of wood-plastic composites, Building Environment, 42 (2007) 2637-2644.
5. Frącz W., Janowski G.: Zaawansowana analiza wytrzymałościowa wypraski z kompozytu WPC z uwzględnieniem powtryskowej orientacji włókien w osnowie polimerowej, Mechanik, 7 (2016) 628-630.
6. Frącz W., Janowski G.: Strength analysis of molded pieces produced from wood-polymer composites (WPC) including their complex structures, Composites Theory Practice, 16 (2016) 260-265.
7. Jeziorny A.: Skrypty dla szkół wyższych. Nauka o włóknie, Redakcja Wydawnictw Naukowych Politechniki Łódzkiej, Łódź 1980.
8. Miedzianowska J., Masłowski M., Strzelec K.: Kompozyty polimerowe zawierające włókna roślinne – czynniki wpływające na wytrzymałość mechaniczną, Technologia i Jakość Wyrobów, 63 (2018) 45-54.
9. Wire S.L.: Fibre Orientation and mechanical properties of fibre reinforced composites. Praca doktorska, University of Leeds, Leeds 1998.
10. Nabialek J.: Modeling of fiber orientation during injection molding process of polymer composites, Kompozyty, 11 (2011) 347-351.
11. Jeffery G.B.: The motion of ellipsoidal particles immersed in viscous fluid, Proc. Royal Society London A, 102 (1922) 161-179.
12. Dinh S.M., Armstrong R.C.: A rheological equation of state for semi-concentrated fiber suspensions, J. Rheology, 28 (1984) 207-227.
13. Folgar F., Tucker C.L.: Orientation behavior of fibers in concentrated suspensions, J. Reinforced Plastics Composites, 3 (1984) 98-119.
14. Wang J., O’Gara J.F., Tucker III C.L.: An objective model for slow orientation kinetics in concentrated fiber suspensions: Theory and rheological evidence, J. Rheology, 52 (2008) 1179-1200.
15. Tucker III C.L., Wang J., O’Gara J.F.: Method and Article of Manufacture for Determining a Rate of Change of Orientation of a Plurality of Fibers Disposed in a Fluid, US Patent US7266469B1, 2007.
16. Buck F., Brylka B., Müller V., Müller T., Hrymak A.N., Henning F., Böhlke T.: Coupling of mold flow simulations with two-scale structural mechanical simulations for long fiber reinforced thermoplastics, Mater. Sci. Forum, 825 (2015) 655-662.
17. Kleindel S., Salaberger D., Eder R., Schretter H., Hochenauer C.: Prediction and validation of short fiber orientation in a complex injection molded part with chunky geometry, Int. Polymer Processing, 30 (2015) 366-380.
18. Pomoc programu Autodesk Moldflow Insight 2016.
19. Meyer K.J., Hofmann J.T., Baird D.G.: Prediction of short glass fiber orientation in the filling of an end-gated plaque, Composites Part A: Appl. Sci. Manuf., 62 (2014) 77-86.
20. Amirmaleki M., Samei J., Green D.E., Van Riemsdijk I., Stewart L.: 3D micromechanical modeling of dual phase steels using the representative volume element method, Mech. Materials, 101 (2016) 27-39.
21. Singh R., Mitra M., Falzon B.G.: Modelling matrix damage and fibre–matrix interfacial decohesion in composite laminates via a multi-fibre multi-layer representative volume element (M2RVE), Int. J. Solids Structures, 51 (2014) 449-461.
22. Pierard O., LLorca J., Segurado J., Doghri I.: Micromechanics of particle-reinforced elasto-viscoplastic composites: finite element simulations versus affine homogenization, Int. J. Plasticity, 23 (2007) 1041-1060.
23. Mori T., Tanaka K.: Average stress in matrix and average elastic energy of materials with misfitting inclusions, Acta Metallurgica, 21 (1973) 571-574.
24. Eshelby J.D.: The determination of the elastic field of an ellipsoidal inclusion, and related problems, Proceedings of the Royal Society of London A: Math., Physical Eng. Sci., 241 (1957) 376-396.
25. Ogierman W., Kokot G.: Mean field homogenization in multi-scale modelling of composite materials, J. Achievements Mater. Manuf.  Eng., 61 (2013) 343-348.
26. Benveniste Y.: A new approach to the application of Mori-Tanaka's theory in composite materials, Mech. Materials, 6 (1987) 147-157.