V prispevku je predstavljen vpliv sestave polimerne raztopine na morfologijo, mehanske lastnosti in prepustnost zdravil za asimetrične poliamidne 6 (PA6) membrane, pripravljene z metodo precipitacije s potapljanjem. Upoštevan je bil vpiv sestave polimerne raztopine na morfologijo, mehanske lastnosti in prepustnost izdelane membrane, saj so te lastnosti pomembne za aplikacijo dostave zdravil. Za pripravo membran za nadaljnjo karakterizacijo z diferenčno dinamično kalorimetrijo in vrstično elektronsko mikroskopijo za morfološko analizo, natezno testiranje in preskuse prepustnosti zdravil smo uporabili raztopine deionizirana voda-PA6-mravljinčna kislina. Rezultati so pokazali, da količina PA6 ne vpliva bistveno na morfologijo membrane, vendar ima izrazit učinek na modul elastičnosti (50% povečanje). Po drugi strani pa koncentracija mravljinčne kisline v raztopini (intenzivnost raztapljanja) vpliva na dinamiko kristalizacije in bistveno spremeni morfologijo membrane (v območju približno 75-100 ut% koncentracije mravljične kisline) in posledično vpliva na prepustnost zdravil. Asimetrične membrane se široko uporabljajo pri filtriranju in aplikaciji dostave zdravil, vendar je njihova morfologija redko povezana s prepustnostjo in mehanskimi lastnostmi. Ta publikacija prikazuje medsebojno povezavo med parametri proizvodnega procesa in porozno strukturo sistema, kar posledično vpliva na druge lastnosti. Tako dobljeni rezultati omogočajo optimizacijo lastnosti asimetrične membrane z uravnoteženjem med želenimi mehanskimi lastnostmi in prepustnostjo.
COBISS.SI-ID: 16094747
Monitoring strukturnih sprememb polimerno-kompozitnih materialov zahteva zmožnost opazovanja oz. zaznavanja teh sprememb v realnih časovnih okvirjih, glede na vedenje časovno-odvisnih lastnosti polimernih struktur. V sklopu članka je predlagana uporaba umetnih nevronskih mrež kot orodja za reševanje inverznih problemov, ki se pojavijo pri časovno-odvisni karakterizaciji, z ozirom na to da so konvencionalne metode računsko izjemno zahtevne in praktično neuporabne v realnih časovnih okvirjih. V sklopu članka je bila preverjena možnost uporabe 'Multilayer Perceptron' (MLP) in 'Radial Basis Function Neural Network' (RBFN) za reševanje slabo pogojenih problemov na primeru določitve časovno-odvisnega segmenta krivulje strižnega modula. Strižni modul je v tem primeru pridobljen z obremenjevanjem s konstantno spremembo hitrosti deformacije. Podatki, potrebni za analizo, hitrost spremembe deformacije (obremenitve), podatki o natezni obremenitvi in relaksacijski modul, so bili generirani z uporabo obstoječega algoritma v zaključeni obliki. Preverjenih je bilo več različnih topologij nevronskih mrež, ki so se razlikovale po načinu podajanja vhodnih podatkov. Zmogljivost teh mrež je bila primerjana z eksponentno tehniko prilagajanja. Izbrani optimalni topologiji MLP in RBFN sta bili nadalje testirani na sposobnost generalizacije in robustnosti glede na šumne vhodne podatke. Poleg tega je bil testiran tudi vpliv števila vhodnih podatkov. Pokazano je bilo, da sta MLP in RBFN sposobna reševanja inverznih problemov, povezanih z določitvijo segmenta časovno-odvisnega relaksacijskega modula. Posamezne topologije so izkazale dobro sposobnost generalizacije in robustnosti. RBFN topologija s paralelno podanimi podatki se je v primerjavi z ostalimi metodami izkazala za najboljšo. Glede na to, da se v avtomobilski in letalski industriji raba polimerov in polimernih kompozitov izrazito povečuje, postaja spremljanje trajnosti polimernih struktur vedno bolj pomembno. Medtem ko za kovinske strukture monitoring že obstaja (BALURE), učinkovito spremljanje polimernih kompozitov še ni na voljo. Naša rešitev predlaga uporabo umetnih nevronskih mrež (NN) kot načina spremljanja časovno odvisnih sprememb polimernih struktur. NN morajo v tem primeru biti sposobne reševanja inverznih problemov za monitoring sprememb v strukturi, ki nastanejo kot posledica časovno-odvisnih procesov. V sklopu prispevka so bile preverjene sposobnosti NN 'Radial Basis Function' (RBFN) za reševanje slabo pogojenih problemov na primeru določitve krivulje relaksacijskega modula iz podatkov, pridobljenih iz nateznih testov. RBFN smo testirali na umetno ustvarjenih podatkih z uporabo rešitve v zaključeni obliki, učinkovitost oz. natančnost pa primerjali z eksponentno tehniko prilagajanja. Primerjave so pokazale prednost RBFN pri najvišjih vrednostih šuma vhodnih podatkov.
COBISS.SI-ID: 15013147
V prispevku je predstavljena analiza vpliva tlaka na vibracijsko izolacijo treh termoplastičnih poliuretanskih (TPU) materialov, Elastollan materiali 1190A, 1175A in 1195D. Namen te raziskave je bil analizirati, do katere mere je mogoče izboljšati učinkovitost izolacije z uporabo patentirane tehnologije Dissipative bulk and granular systems. Tehnologija uporablja granularne polimerne materiale za izboljšanje lastnosti materialov (brez spreminjanja njegove kemijske ali molekularne sestave) tako, da jih izpostavi "samo-vzdrževanju tlaka", ki premakne maksimum absorpcije energije materiala proti nižjim frekvencam, da se ujema s frekvenco vzbujanja dinamične obremenitve, s katero je obremenjen mehanski sistem. Testi relaksacije so bili opravljeni na materialih pri različnih izobarnih in izotermnih pogojih z namenom izdelave sumarne krivulje, časovno-temperaturni tlak pa je bil modeliran z modelom Fillers-Moonan-Tschoegl. Dinamične materialne funkcije, povezane z izolacijsko togostjo in absorpcijo energije, smo določili s Schwarzlovim približevanjem. Povečanje togosti in absorpcije energije pri izbranem hidrostatskem tlaku v primerjavi z njegovo togostjo in absorpcijo energije pri sobnih pogojih je prikazano s K_k (p, omega), ki določa povečanje togosti in K_d (p, omega), opredelitev povečanja absorpcije energije. Študija je pokazala, da so moduli 1190A in 1195D blizu steklastega stanja približno 6-9-krat višji v primerjavi z 1175A, medtem ko so njihove lastnosti pri okoljskih pogojih za vse praktične namene enake. TPU 1190A se izkaže za najbolj občutljivega za tlak: pri 300 MPa se njegove lastnosti premaknejo za 5,5 dekade, medtem ko je za 1195D in 1175A ta premik le 3,5 oziroma 1,5 dekade. Če povzamemo, trdnost in absorpcijo energije izolacije lahko povečamo s tlakom za približno 100-krat za 1190A in 1195D in za približno 10-krat pri materialu 1175A. Ta publikacija na primeru treh različnih materialov prikazuje možnosti, ki jih omogoča patentirana tehnologija Dissipative bulk and granular systems.
COBISS.SI-ID: 15825947
Viskoznost surovine je neposredno povezana s procesnimi parametri injekcijskega brizganja. Napovedovanje viskoznosti surovine na podlagi lastnosti posameznih delov surovine, bi olajšalo oblikovanje teh materialov za izboljšanje njihove predelovalnosti. V literaturi obstaja mnogo empiričnih in pol-empiričnih modelov za napovedovanje viskoznosti polimernih mešanic in koncentriranih suspenzij v odvisnosti od njihove sestave. Te modele lahko vsaj delno uporabimo tudi pri injekcijskem brizganju kovinskega prahu in polimernega veziva. Med številnimi razpoložljivimi modeli smo naredili ozek izbor preprostih modelov, ki ne zahtevajo poznavanja molekulske mase ali gostote in katerih parametri imajo fizikalen pomen. V sklopu tega članka smo raziskali uporabnost izbranih modelov za dve vrsti surovine. Surovini sta imeli različni vezivi in količino prahu v surovini. Za vsak material je bil najden optimalen model, ki pa ni enak modelu pri drugem materialu. Iz tega lahko sklepamo, da ne obstaja univerzalni model, ki ustreza obema materialoma, kar postavlja pod vprašaj fizikalni pomen teh modelov.
COBISS.SI-ID: 14692379
Pretok granuliranih materialov je kompleksen proces, vendar ga je pomembno meriti, saj pretok granuliranih materialov med procesiranjem, rokovanjem in transportom močno vpliva na kvaliteto končnega izdelka in njegove cene. Pretočnost granuliranih materialov je odvisna od lastnosti materiala in pogojev, katerim je material izpostavljen. Obstoječe metode za določanje pretočnosti granuliranih materialov so opisane v tej publikaciji, poleg tega pa je predstavljena nova metodologija za merjenje trenja med delci granuliranega materiala pod vplivom tlaka, ki je povzročen s pomočjo enoosne obremenitve. Naprava prav tako omogoča analizo pogojev, pri katerih se granulirani material začne premikati, pri tlačni obremenitvi, t.i. ničelna hitrost pretoka. Naprava je bila poimenovana Granular Friction Analyzer (GFA). Koncept GFA smo testirali z merjenjem štirih različnih granuliranih materialov z različnimi povprečnimi velikostmi delcev. Ugotovljeno je bilo, da se z manjšanjem velikosti delcev zmanjša tudi t.i. ničelna hitrost pretoka. Ugotovitve so v skladu s tem, kar je mogoče zaslediti v literaturi. Posledično je mogoče sklepati, da je v splošnem GFA metoda zelo uporabno orodje za proučevanje trenja granuliranih materialov in pogojev. pri katerih se začne material premikati, t.i. ničelna hitrost pretoka. Kljub tem ugotovitvam pa je jasno, da so potrebne izboljšave naprave, ki bodo zagotovile boljšo občutljivost in natančnost izmerjenih vrednosti.
COBISS.SI-ID: 14351899
V industriji plastike je mehansko recikliranje odpadnega materiala, ki izhaja iz proizvodnje, običajna praksa. Medtem ko se plastika mehansko reciklira, se njene mehanske lastnosti spremenijo. Te spremembe lahko vplivajo na pogoje obdelave materiala in kakovost končnih proizvodov; zato jih je potrebno kvantitativno opredeliti. V tej študiji smo mehansko recikliranje polietilena visoke gostote (HDPE) simulirali s sto (100) zaporednimi cikli ekstrudiranja. Med ekstrudiranjem smo proučevali obdelovalnost čistih HDPE in njenih reciklatov s spremljanjem pogojev obdelave, tj. tlaka taline in navora ekstruzije, po pripravi reciklatov pa z meritvami indeksa pretoka taline (MFI), z oscilacijskimi testi pri majhnih amplitudah (reološke lastnosti), izvedene so bile tudi meritve diferencialne dinamične kalorimetrije (DSC) termičnih lastnosti. Prav tako so bile mehanske lastnosti v trdnem stanju popisane s trdoto in modulom, izmerjenimi z nanoindentacijo, in nazadnje je bila izmerjena skladnost strižnega lezenja za karakterizacijo časovno odvisnih mehanskih lastnosti materialov in njegove trajnosti v trdnem stanju. Poleg tega smo izvedli gelsko kromatografijo (GPC) in teste topnosti za proučevanje sprememb v strukturi materiala. Rezultati na reoloških in MFI meritvah kažejo na pomembne strukturne spremembe v materialu, ki so se pojavile v prvih 30 ciklih ekstrudiranja. Te spremembe vplivajo na sposobnost obdelave materiala, ki je podprta tudi s spremljanim procesnim tlakom in navorom. Po drugi strani pa predelava ni bistveno vplivala na termične lastnosti materialov. Rezultati po trdoti in modulu kažejo poslabšanje mehanskih lastnosti materiala po 10. ciklu obdelave. Podobno so meritve skladnosti s strižnim lezenjem pokazale neugoden učinek mehanskega recikliranja na časovno odvisne mehanske lastnosti, zlasti po 30. ciklu ekstruzije. Poleg tega so rezultati pokazali razvejanje verig kot prevladujoč mehanizem skozi prvih 30 ciklov ekstrudiranja ter prevladovanje pretrga verige in prisotnost navzkrižnega povezovanja po 60. ciklu ekstruzije. Medtem ko je na voljo precej raziskav o učinku recikliranja na materiale iz HDPE, kjer se število recikliranih ciklov dvigne na 30, ta raziskava zajema širši obseg 100-kratnega recikliranega materiala. Prispevek podaja vpogled v mehanizme, ki se pojavljajo pri recikliranju, in povezuje strukturo materialov in fizikalne lastnosti recikliranih materialov.
COBISS.SI-ID: 13935131
Za napoved trajnosti polimernih struktur je potrebna informacija o dolgoročnih lastnostih polimera v obliki relaksacijskega modula in/ali skladnosti s lezenjem. Znano je, da je določitev lastnosti relaksacije ali lezenja iz eksperimentalnih podatkov inverzni problem, ki zaradi prisotnosti eksperimentalnih napak v vhodnih podatkih postane slabo postavljen. Iskanje stabilne rešitve s standardnimi integracijskimi shemami je praktično nemogoče. V tem prispevku predlagamo metodologijo »hands-on«, ki obide rešitev nepravilne integralne enačbe in omogoča iskanje dolgoročnih lastnosti relaksacije ali lezenja iz preproste konstantne hitrosti deformacije ali testov konstantne napetosti pri različnih temperaturah. Predlagani pristop se lahko uporablja ne le za karakterizacijo viskoelastičnih materialov v trdnem stanju, ampak tudi za napovedovanje časovno odvisnih lastnosti polimernih talin. V prispevku so predstavljeni podrobni koraki predlagane metode in njena validacija na več simuliranih in realnih eksperimentalnih podatkih. Pokazalo se je, da lahko predlagani pristop natančno rekonstruira želene dolgotrajne časovno odvisne lastnosti, pridobljene na tradicionalen način (to je iz stopenjske obremenitve). Numerični pristop, uporabljen v članku, natančno sledi fizikalnemu ozadju časovno odvisnega obnašanja polimera. Uporablja kratkotrajne (preproste) konstantne hitrosti deformacije ali eksperimente s konstantno stopnjo napetosti, ki se izvajajo pri različnih temperaturah za natančno predvidevanje dolgoročnih časovno odvisnih lastnosti. Običajno tak postopek zahteva bodisi drag in dolgotrajen eksperimentalni postopek ali izjemno matematično zahtevno ureditev postopka pridobivanja podatkov. Razvito metodologijo smo testirali in uporabili kot referenčno metodo za razvoj modela nevronskih mrež za reševanje podobnega problema.
COBISS.SI-ID: 13309211
Časovno odvisne materialne funkcije inženirske plastike v temperaturnem območju izrabe se razširjajo na več časovnih dekad. Zato se karakterizacija materiala opravi pri različnih temperaturah in/ali tlakih v določenem eksperimentalnem oknu. Z uporabo načela časovno temperaturne in/ali časovno tlačne superpozicije se lahko ti segmenti odzivne funkcije premaknejo vzdolž logaritmične časovne skale, da dobimo sumarno krivuljo pri izbranih referenčnih pogojih. Ta premik se običajno izvaja ročno (»ročno«) in zahteva nekaj izkušenj. Na žalost ročno prestavljanje ne temelji na skupno dogovorjenem matematičnem postopku, ki bi za dani niz eksperimentalnih podatkov vedno zagotavljal popolnoma enako glavno krivuljo, neodvisno od osebe, ki izvede postopek premikanja. Tako bi lahko, začenši z istim naborom eksperimentalnih podatkov, dva različna raziskovalca zelo verjetno zgradila dve različni sumarni krivulji. V prispevku predlagamo matematično metodologijo zaprte oblike (CFS), ki popolnoma odpravi dvoumnosti, povezane s postopki ročnega prestavljanja. V prispevku je predstavljena izvedba algoritma za premikanje in njegova validacija z uporabo več simuliranih in realnih eksperimentalnih podatkov. Pokazalo se je, da je napaka, ki jo je povzročil premik s CFS, vsaj 10–50-krat manjša od osnovne eksperimentalne napake. Predstavljena metodologija omogoča nepristransko konstrukcijo sumarnih krivulj in določanje trajnosti materialov. Ta dokument predstavlja osnovo za ISO standard: ISO 18437-6: 2017 Časovno-temperaturna superpozicija.
COBISS.SI-ID: 11702043
Proučevali smo učinke različnih tehnik sušenja, kot so zrak, pečica, zamrzovanje in sušenje z razprševanjem, na morfološka, termična in strukturna obnašanja dveh različnih nanofibriliranih celuloznih materialov (NFC). Opazovanja poljske emisijske skenirne elektronske mikroskopije (FE-SEM) so pokazala prepleteno mrežno tvorbo pretežno orientacije vlaken v ravnini za vzorce, sušene v zraku in pečici, medtem ko je zamrzovanje in sušenje z razprševanjem povzročilo nastanek grobih in finih frakcij prahu. Primerjava redispergiranih prahov, dobljenih z zamrzovanjem in sušenjem z razprševanjem, je pokazala, da so fenomeni agregacije v liofiliziranih vzorcih znatno zmanjšani. Reološka in sedimentacijska analiza je pokazala, da so liofilizirani NFC prahovi bolj stabilni kot razpršeni posušeni NFC prahovi pri redisperziji v vodi. Agresivni procesi dehidracije, kot so zamrzovanje ali segrevanje, pomembno vplivajo na toplotno stabilnost posušenih celuloznih vzorcev. Nasprotno so kristalinične lastnosti posušenih NFC materialov zelo podobne ne glede na postopek sušenja. V prispevku je predstavljen vpliv tvorbe strukture materiala glede na termične lastnosti, ki jim je vzorec izpostavljen med predelavo. Pokazalo se je, da lahko z izbiro določenih robnih pogojev prilagodimo termično stabilnost materialov.
COBISS.SI-ID: 2176905
Uporaba polimerov kot inženirskih materialov se je v zadnjih desetletjih bistveno povečala. Njihova povečana uporaba je posledica boljših inženirskih, ekonomskih in okoljskih lastnosti, ki lahko dopolnjujejo ali nadomeščajo običajne materiale, kot so kovine. Med fazo proizvodnje in uporabe pa so polimeri izpostavljeni različnim okoljskim pogojem, kot so temperatura, tlak, vlažnost itd., ki močno vplivajo na njihovo vedenje. Glavna ideja poglavja »Vpliv temperature na mehanske lastnosti polimerov« je pridobiti celovit vpogled v obnašanje polimerov pri različnih okoljskih pogojih s poudarkom na temperaturi, ki je pomembna v številnih inženirskih procesih (npr. oblikovanje, iztiskanje, oblikovanje s pihanjem itd.) in aplikacije (npr. analiza napetosti in deformacij, napovedi trajnosti izdelkov itd.). Upoštevanje vplivov na okolje je ključnega pomena za izkoriščanje polnega potenciala polimernih materialov, njihovo varno uporabo in povečanje njihove trajnosti. V zvezi s tem poglavje obravnava več skladnih tem, povezanih z vplivom temperature na mehanske lastnosti polimerov. Izhodišče je molekularna struktura polimerov (tj. klobčičev molekul), ki se bistveno razlikuje od kovinske strukture (tj. kristalne strukture), in je glavni krivec za njihovo »nekonvencionalno« obnašanje v smislu njihovih mehanskih lastnosti in občutljivosti na okoljske razmere. Sledi teorija viskoelastičnosti, kjer je pojasnjeno teoretično in matematično ozadje, potrebno za določitev mehanskih lastnosti polimerov. Ta del vsebuje tudi medsebojne povezave med različnimi materialnimi funkcijami, ki so rezultat različnih tipov in načinov obremenitve. Razumevanje obeh tem je ključnega pomena za zadnji del, ki se nanaša na vpliv temperature na obnašanje polimerov. Ta del vsebuje opis molekularnih mehanizmov, ki urejajo procese na makro nivoju (npr. Inženirski nivo), ki jih opazujemo s spremembami volumna in mehanskih lastnosti. Namen objave v oddelku Planarnih problemov v Springerjevi ‘Encyclopedia of continuum mechanics’ je posredovanje znanja o polimernih materialih širši javnosti. Poglavje, ki zajema učinke temperature, spremlja poglavje o vplivih tlaka na lastnosti polimernih materialov [COBISS.SI-ID 16177179].
COBISS.SI-ID: 16177435