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Erschienen in: Cellulose 6/2020

31.01.2020 | Original Research

Superior crack initiation and growth characteristics of cellulose nanopapers

verfasst von: Chengyun Miao, Haishun Du, Mahesh Parit, Zhihua Jiang, Hareesh V. Tippur, Xinyu Zhang, Zhongqi Liu, Junhao Li, Ruigang Wang

Erschienen in: Cellulose | Ausgabe 6/2020

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Abstract

In this work, tension and fracture behaviors of cellulose nanopaper (CNP) made from two different preparation approaches are comparatively studied. The CNP are prepared by casting (or C-CNP) and filtration (or F-CNP) of CNF suspension. The resulting CNP are mechanically characterized using the vision-based full-field optical method of Digital Image Correlation. Tension tests show that F-CNP has a higher strength and greater nonlinearity than the C-CNP. The crack initiation and growth characteristics of the two types of CNP are investigated using optical measurements. The data are analyzed under small-scale-yielding conditions to quantify the fracture parameters such as stress intensity factors and energy release rates at crack initiation as well as during crack growth. The results indicate that both C-CNP and F-CNP show significant crack growth resistance in the post-crack initiation regime. The F-CNP particularly offers substantial resistance to crack growth relative to the C-CNP demonstrating that filtration is the preferred method to make CNP with higher tensile strength and better fracture properties.

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Fußnoten
1
It is worth noting that values of SIF at crack initiation of C-CNP are comparable to conventional tough polymers such as bulk polycarbonate (KIc = 3–4 MPa√m) which offers lower elastic modulus (E = 2.5 GPa). The same for F-CNP are substantially higher, by 50%, suggesting a clear superiority in terms of crack initiation.
 
Literatur
Zurück zum Zitat Tada H, Paris P, Irwin G (2000) The analysis of cracks handbook, vol 2. ASME Press, New York, p 1 Tada H, Paris P, Irwin G (2000) The analysis of cracks handbook, vol 2. ASME Press, New York, p 1
Metadaten
Titel
Superior crack initiation and growth characteristics of cellulose nanopapers
verfasst von
Chengyun Miao
Haishun Du
Mahesh Parit
Zhihua Jiang
Hareesh V. Tippur
Xinyu Zhang
Zhongqi Liu
Junhao Li
Ruigang Wang
Publikationsdatum
31.01.2020
Verlag
Springer Netherlands
Erschienen in
Cellulose / Ausgabe 6/2020
Print ISSN: 0969-0239
Elektronische ISSN: 1572-882X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10570-020-03015-x

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