Published January 9, 2024
| Version v1
Publication
Open
Assessing robustness of hyperelastic models for describing nonlinearity of the mechanical response for pristine and swollen carbon black filled elastomers
- 1. Cadi Ayyad University
- 2. Laboratoire des Sciences et Techniques de l'Information de la Communication et de la Connaissance
Description
Abstract We consider the hyperelastic response of semi‐crystalline ethylene–co‐butyl acrylate (EBA) samples filled with carbon black (CB) particles. Such material is structurally complex with its microstructure being characterized by many structural parameters including crosslink density, filler/matrix interfaces, crystallinity, filler network, and chain entanglement which have different degrees of influence on the effective mechanical properties. We evaluate the ability of a number of analytical models to correctly reproduce the non‐linear elastic mechanical response of these samples. We do this by considering either dry samples, or samples which are swollen by a non‐polar solvent (toluene) at equilibrium, and subjected to uniaxial tension at room temperature. As test cases, we focus on six physical models for the purpose of analyzing the stress–strain curves of samples with different cross‐linking densities. Among these frameworks, we show that the Mooney–Rivlin (MR), Ogden, and eight‐chain models accurately describe the stress–strain curves of both dry and swollen CB‐EBA samples. These findings highlight the possibility of attaining a diverse set of mechanical properties of filled polymer samples by tailoring their structural parameters.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة نحن نعتبر الاستجابة شديدة المرونة لعينات الإيثيلين شبه البلوري- كو- بوتيل أكريليت (EBA) المملوءة بجزيئات أسود الكربون (CB). هذه المادة معقدة هيكلياً حيث تتميز بنيتها المجهرية بالعديد من المعلمات الهيكلية بما في ذلك كثافة الارتباط التشابكي، وواجهات الحشو/المصفوفة، والتبلور، وشبكة الحشو، وتشابك السلسلة التي لها درجات مختلفة من التأثير على الخواص الميكانيكية الفعالة. نقوم بتقييم قدرة عدد من النماذج التحليلية على إعادة إنتاج الاستجابة الميكانيكية المرنة غيرالخطية لهذه العينات بشكل صحيح. نقوم بذلك من خلال النظر إما في العينات الجافة، أو العينات التي تتورم بواسطة مذيب غيرقطبي (تولوين) عند التوازن، وتتعرض لتوتر أحادي المحور في درجة حرارة الغرفة. كحالات اختبار، نركز على ستة نماذج فيزيائية لغرض تحليل منحنيات الإجهاد والانفعال للعينات ذات الكثافات المتقاطعة المختلفة. من بين هذه الأطر، نظهر أن نماذج موني ريفلين (MR) وأوغدن وثماني سلاسل تصف بدقة منحنيات الإجهاد والانفعال لكل من عينات CB-EBA الجافة والمنتفخة. تسلط هذه النتائج الضوء على إمكانية تحقيق مجموعة متنوعة من الخصائص الميكانيكية لعينات البوليمر المملوءة من خلال تكييف معاييرها الهيكلية.Translated Description (French)
Résumé Nous considérons la réponse hyperélastique d'échantillons semi-cristallins d'éthylène-co ‐ acrylate de butyle (EBA) remplis de particules de noir de carbone (CB). Ce matériau est structurellement complexe, sa microstructure étant caractérisée par de nombreux paramètres structurels, notamment la densité de réticulation, les interfaces charge/matrice, la cristallinité, le réseau de charge et l'enchevêtrement de chaînes, qui ont différents degrés d'influence sur les propriétés mécaniques effectives. Nous évaluons la capacité d'un certain nombre de modèles analytiques à reproduire correctement la réponse mécanique élastique nonlinéaire de ces échantillons. Pour ce faire, nous considérons soit des échantillons secs, soit des échantillons gonflés par un solvant nonpolaire (toluène) à l'équilibre et soumis à une tension uniaxiale à température ambiante. Comme cas de test, nous nous concentrons sur six modèles physiques dans le but d'analyser les courbes contrainte-déformation d'échantillons avec différentes densités deréticulation. Parmi ces cadres, nous montrons que les modèles Mooney–Rivlin (MR), Ogden et à huit chaînes décrivent avec précision les courbes contrainte-déformation des échantillons CB-EBA secs et gonflés. Ces résultats mettent en évidence la possibilité d'atteindre un ensemble diversifié de propriétés mécaniques des échantillons de polymères chargés en adaptant leurs paramètres structurels.Translated Description (Spanish)
Resumen Consideramos la respuesta hiperelástica de las muestras semicristalinasde etileno-co-butil acrilato (EBA) llenas de partículas de negro de carbón (CB). Dicho material es estructuralmente complejo y su microestructura se caracteriza por muchos parámetros estructurales que incluyen densidad de reticulación, interfaces de relleno/matriz, cristalinidad, red de relleno y enredo de cadena que tienen diferentes grados de influencia en las propiedades mecánicas efectivas. Evaluamos la capacidad de una serie de modelos analíticos para reproducir correctamente la respuesta mecánica elástica no lineal de estas muestras. Hacemos esto considerando muestras secas o muestras que se hinchan con un disolvente no polar (tolueno) en equilibrio y se someten a tensión uniaxial a temperatura ambiente. Como casos de prueba, nos centramos en seis modelos físicos con el fin de analizar las curvas de tensión-deformación de muestras con diferentes densidades dereticulación. Entre estos marcos, mostramos que los modelos Mooney–Rivlin (MR), Ogden y de ocho cadenas describen con precisión las curvas de tensión-deformación de las muestras CB-EBA secas e hinchadas. Estos hallazgos resaltan la posibilidad de lograr un conjunto diverso de propiedades mecánicas de las muestras de polímeros cargados mediante la adaptación de sus parámetros estructurales.Files
app.55168.pdf
Files
(15.9 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:405fd63fd5132d511bde92cd6d3f8c34
|
15.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تقييم متانة النماذج مفرطة المرونة لوصف عدم الخطية للاستجابة الميكانيكية للبلاستومرات المملوءة بالكربون الأسود البكر والمنتفخ
- Translated title (French)
- Évaluation de la robustesse des modèles hyperélastiques pour décrire la non-linéarité de la réponse mécanique pour les élastomères chargés de noir de carbone vierge et gonflé
- Translated title (Spanish)
- Evaluación de la robustez de los modelos hiperelásticos para describir la no linealidad de la respuesta mecánica para elastómeros rellenos de negro de humo prístinos e hinchados
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4390780772
- DOI
- 10.1002/app.55168
References
- https://openalex.org/W1967613918
- https://openalex.org/W1968845809
- https://openalex.org/W2004192032
- https://openalex.org/W2006730584
- https://openalex.org/W2006886109
- https://openalex.org/W2022813676
- https://openalex.org/W2043806260
- https://openalex.org/W2053643353
- https://openalex.org/W2054141838
- https://openalex.org/W2071657616
- https://openalex.org/W2095122216
- https://openalex.org/W2126477849
- https://openalex.org/W2129478154
- https://openalex.org/W2177268511
- https://openalex.org/W2185279979
- https://openalex.org/W2219367410
- https://openalex.org/W2275326986
- https://openalex.org/W2333857472
- https://openalex.org/W2599798595
- https://openalex.org/W2884400302
- https://openalex.org/W2889452090
- https://openalex.org/W2892058787
- https://openalex.org/W2902942965
- https://openalex.org/W2918341455
- https://openalex.org/W3137928344
- https://openalex.org/W3145258259
- https://openalex.org/W4210999783
- https://openalex.org/W4254553749
- https://openalex.org/W4295837742
- https://openalex.org/W4310277225
- https://openalex.org/W4311544219
- https://openalex.org/W4317623087
- https://openalex.org/W566565105