Endre søk
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Nanostructured biocomposites based on unsaturated polyester resin and a cellulose nanofiber network
KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Fiber- och polymerteknologi, Biokompositer.ORCID-id: 0000-0001-7870-6327
KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Fiber- och polymerteknologi, Biokompositer. KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE), Centra, Wallenberg Wood Science Center.ORCID-id: 0000-0001-5818-2378
2015 (engelsk)Inngår i: Composites Science And Technology, ISSN 0266-3538, E-ISSN 1879-1050, Vol. 117, s. 298-306Artikkel i tidsskrift (Fagfellevurdert) Published
Abstract [en]

Biocomposites reinforced by natural plant fibers tend to be brittle, moisture sensitive and have limited strength. Wood cellulose nanofibers (CNF) were therefore used to reinforce an unsaturated polyester matrix (UP) without the need of coupling agents or CNF surface modification. The nanostructured CNF network reinforcement strongly improves modulus and strength of UP but also ductility and toughness. A template-based prepreg processing approach of industrial potential is adopted, which combines high CNF content (up to 45 vol%) with nanoscale CNF dispersion. The CNF/UP composites are subjected to moisture sorption, dynamic thermal analysis, tensile tests at different humidities, fracture toughness tests and fractography. The glass transition temperature (T-g) increases substantially with CNF content. Modulus and strength of UP increase about 3 times at 45 vol% CNF whereas ductility and apparent fracture toughness are doubled. Tensile properties at high humidity are compared with other bio-composites and interpreted based on differences in molecular interactions at the interface.

sted, utgiver, år, opplag, sider
Pergamon Press, 2015. Vol. 117, s. 298-306
HSV kategori
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-176037DOI: 10.1016/j.compscitech.2015.07.004ISI: 000362132900037Scopus ID: 2-s2.0-84937901929OAI: oai:DiVA.org:kth-176037DiVA, id: diva2:865621
Forskningsfinansiär
VINNOVAKnut and Alice Wallenberg Foundation
Merknad

QC 20151029

Tilgjengelig fra: 2015-10-28 Laget: 2015-10-28 Sist oppdatert: 2017-12-01bibliografisk kontrollert
Inngår i avhandling
1. Nanostructured Cellulose Biocomposites: Effects from dispersion, network and interface
Åpne denne publikasjonen i ny fane eller vindu >>Nanostructured Cellulose Biocomposites: Effects from dispersion, network and interface
2016 (engelsk)Doktoravhandling, med artikler (Annet vitenskapelig)
Abstract [en]

The major load bearing component in native wood, cellulose nanofibrils, are potential candidates for use as reinforcement in polymer matrices. This study is based on nanocellulose composites and attempts to prepare and characterize biocomposites with high nanocellulose content and investigate the influence of nanostructure on macroscopic properties.

In an initial study, effects from cellulose nanocrystal (CNC) dispersion on optical and mechanical properties of CNC composites are studied in a model system using polyvinylacetate (PVAc) as the polymer. CNC surface modification is used as an aid to improve dispersion, and nanocomposites with up to 20 wt% of modified and unmodified CNC are characterized. Strong influence of CNC as reinforcement and on polymer matrix characteristics were observed with well-dispersed CNCs, resulting in nanocomposites with significantly improved mechanical properties.

In the subsequent parts, an impregnation-based processing strategy is used to prepare cellulose nanofibril (CNF) based thermoset (epoxy and unsaturated polyester) composites with high CNF content (15 - 50 vol%). Influence of CNF surface hydroxyls on epoxy curing is discussed. A mono-epoxy compound is used to confirm covalent epoxy/CNF reaction and the implications of this modification on mechanical properties of wet CNF network are illustrated. Mechanical properties of thermoset composites are characterized at different relative humidities to evaluate their hygromechanical stability. The role of the CNF-thermoset interface is investigated by comparing composites with epoxy and unsaturated polyester matrices. Unique effects due to the nanostructure of composites are discussed with respect to CNF dispersion, CNF network characteristics and CNF/matrix interface. Additionally, pulp fiber composites, where the fiber wall itself is impregnated with resin, are designed and differences between nanocellulose (nanoscale network) and pulp fibers (microscale diameter) as reinforcements are analyzed.

Abstract [sv]

Trä och träbaserade material erbjuder ett hållbart alternativ till petroleumbaserade material. Mikrofibriller, eller som de också kallas i materialsammanhang, nanofibriller från cellulosa (CNF) är den huvudsakliga lastbärande komponenten i trä. Den har stor potential som förstärkande tillsats i polymerer. Denna studie handlar om kompositer baserade på nanocellulosa. Biokompositer med företrädesvis hög andel nanocellulosa framställs och karakteriseras. Huvudsyftet är att förklara inverkan av nanostruktur på makroskopiska egenskaper.

I en första studie används polyvinylacetat (PVAc) som modellpolymer för att undersöka effekten av dispergeringgrad hos cellulosa-nanokristaller (CNC) för optiska och mekaniska egenskaper. En miljövänlig form av modifiering av CNC används för att förbättra dispergeringsgraden. Nanokompositer med upp till 20 vikts-% modifierad eller icke modifierad CNC studerades. Nanokompositer med väldispergerad CNC visade dramatiskt förbättrade egenskaper, eftersom nanopartiklarna kraftigt påskyndade fysikalisk åldring av PVAc så att den fick högre E-modul och hållfasthet.

I avhandlingens andra del framställdes härdplastkompositer genom harts-impregnering av porösa CNF-nätverk, följt av härdning. Epoxi (EP) och omättade polyester (UP) användes som härdplaster. Volymsfraktionen CNF var mellan 15-50%. Reaktionshastigheten under härdning ökade kraftigt i närvaro av nanocellulosa med hög specifik yta. Troligen reagerade epoxigrupper med hydroxylgrupper på cellulosaytan, under förutsättning att katalytiska aminföreningar fanns tillgängliga. Hypotesen fick ytterligare stöd i en studie av monoepoxi + nanocellulosa. Den modifieringen visade sig också göra CNF-nätverket mindre hygroskopiskt, så att de hygromekaniska egenskaperna förbättrades. Mekaniska egenskaper hos EP- och UP-kompositer bestämdes med hjälp av dragprov vid olika luftfuktighet. EP-kompositerna visade bättre egenskaper vid hög fuktighet, främst pga de kovalenta bindningarna mellan EP och CNF. Effekter av CNF-Dispergering, CNF-nätverkets egenskaper och gränsytan CNF-härdplast analyserades. Slutligen jämfördes EP-kompositer baserade på CNF med kompositer från blekta massafibrer. CNF-kompositerna hade högre hållfasthet till följd av den låga diametern (inga problem med fiber-matris separation och sprickbildning vid låga töjningar) och kraftigt töjningshårdnande orsakad av CNF nätverket.

sted, utgiver, år, opplag, sider
KTH Royal Institute of Technology, 2016
Serie
TRITA-CHE-Report, ISSN 1654-1081 ; 2016:19
Emneord
Wood, cellulose nanofibrils, hygromechanical properties, network structure, thermoset, polymer matrix composites, natural fiber composites, pulp fiber, strain hardening, humidity
HSV kategori
Forskningsprogram
Fiber- och polymervetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-185723 (URN)978-91-7595-924-5 (ISBN)
Disputas
2016-05-25, F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, 09:00 (engelsk)
Opponent
Veileder
Merknad

Qc 20160427

Tilgjengelig fra: 2016-04-27 Laget: 2016-04-25 Sist oppdatert: 2016-04-29bibliografisk kontrollert

Open Access i DiVA

Fulltekst mangler i DiVA

Andre lenker

Forlagets fulltekstScopus

Personposter BETA

Ansari, FarhanBerglund, Lars

Søk i DiVA

Av forfatter/redaktør
Ansari, FarhanBerglund, Lars
Av organisasjonen
I samme tidsskrift
Composites Science And Technology

Søk utenfor DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric

doi
urn-nbn
Totalt: 1429 treff
RefereraExporteraLink to record
Permanent link

Direct link
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annet format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annet språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf