Published February 1, 2022 | Version v1
Publication Open

Extrinsic toughening of recycled carbon fibers in polypropylene composites in the absence of plasticity penalty

Creators

  • 1. Université de Montréal
  • 2. University of Toronto
  • 3. Istanbul Technical University
  • 4. University of Hafr Al-Batin
  • 5. University of British Columbia

Description

Advanced composite materials used in high-tech fields are widely reinforced with carbon fibers. One of the growing application areas for carbon fibers is their reinforced composites which are used to replace metallic automotive parts. This reduces carbon footprint through weight reduction, which is a strategy pursued globally to reduce the environmental impacts of passenger vehicles. In this study, we assess the reinforcement potential of recycled carbon fibers in a polypropylene (PP) homopolymer with high strength and flowability. The highly crystalline PP homopolymer with low impact properties was used to minimize intrinsic plasticity penalty associated with fiber reinforcement and ascribe the impact strength enhancement solely to extrinsic toughening mechanisms. The reinforced composites are manufactured through extrusion compounding followed by injection molding. Modification of the transition phase connecting the bulk matrix with the bulk carbon fibers led to 78% enhancement in the strength of the composites, compared to the unmodified composites, without any loss in other properties. Compared to a commercial steel bonnet, the compatibilized composites reinforced with recycled carbon fibers exhibited superior specific strength accompanied by ∼87% weight reduction. Morphological analysis showed that all the extrinsic toughening mechanisms are effectively used by the recycled fibers in the reinforced composites.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يتم تعزيز المواد المركبة المتقدمة المستخدمة في مجالات التكنولوجيا الفائقة على نطاق واسع بألياف الكربون. واحدة من مجالات التطبيق المتنامية لألياف الكربون هي مركباتها المقواة التي تستخدم لاستبدال قطع غيار السيارات المعدنية. وهذا يقلل من البصمة الكربونية من خلال خفض الوزن، وهي استراتيجية متبعة عالميًا للحد من الآثار البيئية لمركبات الركاب. في هذه الدراسة، نقوم بتقييم إمكانات التعزيز لألياف الكربون المعاد تدويرها في بوليمر متجانس من البولي بروبلين (PP) مع قوة عالية وقابلية التدفق. تم استخدام البوليمر المتجانس البولي بروبلين عالي التبلور ذو الخصائص منخفضة التأثير لتقليل عقوبة اللدونة الداخلية المرتبطة بتعزيز الألياف ونسب تعزيز قوة التأثير فقط إلى آليات التشديد الخارجية. يتم تصنيع المواد المركبة المقواة من خلال تركيب البثق متبوعًا بقولبة الحقن. أدى تعديل المرحلة الانتقالية التي تربط المصفوفة السائبة بألياف الكربون السائبة إلى تعزيز 78 ٪ في قوة المواد المركبة، مقارنة بالمواد المركبة غير المعدلة، دون أي خسارة في الخصائص الأخرى. مقارنة بالغطاء الفولاذي التجاري، أظهرت المواد المركبة المتوافقة المعززة بألياف الكربون المعاد تدويرها قوة نوعية فائقة مصحوبة بتخفيض الوزن بنسبة 87 ٪. أظهر التحليل المورفولوجي أن جميع آليات التقوية الخارجية تستخدم بشكل فعال من قبل الألياف المعاد تدويرها في المواد المركبة المقواة.

Translated Description (French)

Les matériaux composites avancés utilisés dans les domaines de haute technologie sont largement renforcés par des fibres de carbone. L'un des domaines d'application croissants des fibres de carbone est leurs composites renforcés qui sont utilisés pour remplacer les pièces automobiles métalliques. Cela réduit l'empreinte carbone grâce à la réduction du poids, qui est une stratégie poursuivie à l'échelle mondiale pour réduire les impacts environnementaux des véhicules de tourisme. Dans cette étude, nous évaluons le potentiel de renforcement des fibres de carbone recyclées dans un homopolymère de polypropylène (PP) à haute résistance et fluidité. L'homopolymère PP hautement cristallin avec des propriétés de faible impact a été utilisé pour minimiser la pénalité de plasticité intrinsèque associée au renforcement des fibres et attribuer l'amélioration de la résistance au choc uniquement aux mécanismes de durcissement extrinsèques. Les composites renforcés sont fabriqués par mélange par extrusion suivi d'un moulage par injection. La modification de la phase de transition reliant la matrice en vrac aux fibres de carbone en vrac a conduit à une amélioration de 78% de la résistance des composites, par rapport aux composites non modifiés, sans aucune perte d'autres propriétés. Par rapport à un capot en acier commercial, les composites compatibilisés renforcés de fibres de carbone recyclées présentaient une résistance spécifique supérieure accompagnée d'une réduction de poids d'environ87 %. L'analyse morphologique a montré que tous les mécanismes de durcissement extrinsèque sont effectivement utilisés par les fibres recyclées dans les composites renforcés.

Translated Description (Spanish)

Los materiales compuestos avanzados utilizados en campos de alta tecnología están ampliamente reforzados con fibras de carbono. Una de las áreas de aplicación en crecimiento para las fibras de carbono son sus compuestos reforzados que se utilizan para reemplazar las piezas metálicas de automoción. Esto reduce la huella de carbono a través de la reducción de peso, que es una estrategia que se persigue a nivel mundial para reducir los impactos ambientales de los vehículos de pasajeros. En este estudio, evaluamos el potencial de refuerzo de las fibras de carbono recicladas en un homopolímero de polipropileno (PP) con alta resistencia y fluidez. El homopolímero de PP altamente cristalino con propiedades de bajo impacto se utilizó para minimizar la penalización de plasticidad intrínseca asociada con el refuerzo de fibra y atribuir la mejora de la resistencia al impacto únicamente a los mecanismos de endurecimiento extrínsecos. Los compuestos reforzados se fabrican mediante composición por extrusión seguida de moldeo por inyección. La modificación de la fase de transición que conecta la matriz a granel con las fibras de carbono a granel condujo a una mejora del 78% en la resistencia de los compuestos, en comparación con los compuestos no modificados, sin ninguna pérdida en otras propiedades. En comparación con un capó de acero comercial, los compuestos compatibilizados reforzados con fibras de carbono recicladas exhibieron una resistencia específica superior acompañada de una reducción de peso de ~87%. El análisis morfológico mostró que todos los mecanismos de endurecimiento extrínseco son utilizados eficazmente por las fibras recicladas en los compuestos reforzados.

Files

00219983211068095.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:5e2146147c6aab2b06747760990398be
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التشديد الخارجي لألياف الكربون المعاد تدويرها في مركبات البولي بروبلين في غياب عقوبة اللدونة
Translated title (French)
Durcissement extrinsèque des fibres de carbone recyclées dans les composites de polypropylène en l'absence de pénalité de plasticité
Translated title (Spanish)
Endurecimiento extrínseco de fibras de carbono recicladas en compuestos de polipropileno en ausencia de penalización por plasticidad

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4210668798
DOI
10.1177/00219983211068095

Is supplement to
https://openalex.org/W2372410470 (Other)
https://openalex.org/W2359149614 (Other)
https://openalex.org/W2392345275 (Other)
https://openalex.org/W2378316844 (Other)
https://openalex.org/W2365842854 (Other)
https://openalex.org/W2375353504 (Other)
https://openalex.org/W2391515459 (Other)
https://openalex.org/W2361645731 (Other)
https://openalex.org/W2375644267 (Other)
https://openalex.org/W2390817604 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Turkey

References

  • https://openalex.org/W1482439189
  • https://openalex.org/W1963320524
  • https://openalex.org/W1987666880
  • https://openalex.org/W2016011719
  • https://openalex.org/W2017834384
  • https://openalex.org/W2019334107
  • https://openalex.org/W2028242589
  • https://openalex.org/W2029814017
  • https://openalex.org/W2043217890
  • https://openalex.org/W2046425929
  • https://openalex.org/W2050481880
  • https://openalex.org/W2061463446
  • https://openalex.org/W2070656392
  • https://openalex.org/W2075723340
  • https://openalex.org/W2079731402
  • https://openalex.org/W2086086377
  • https://openalex.org/W2086303512
  • https://openalex.org/W2087697090
  • https://openalex.org/W2090078328
  • https://openalex.org/W2091050297
  • https://openalex.org/W2097145766
  • https://openalex.org/W2114525283
  • https://openalex.org/W2117620254
  • https://openalex.org/W2148668403
  • https://openalex.org/W2152251559
  • https://openalex.org/W2156025195
  • https://openalex.org/W2168829236
  • https://openalex.org/W2283307690
  • https://openalex.org/W2357987487
  • https://openalex.org/W2409131009
  • https://openalex.org/W2522550076
  • https://openalex.org/W2559809435
  • https://openalex.org/W2574484807
  • https://openalex.org/W2587154508
  • https://openalex.org/W2607129811
  • https://openalex.org/W2618825698
  • https://openalex.org/W2790775990
  • https://openalex.org/W2953913075
  • https://openalex.org/W2972261404
  • https://openalex.org/W3012319113
  • https://openalex.org/W3033844731
  • https://openalex.org/W3097239093
  • https://openalex.org/W3139312912
  • https://openalex.org/W3144684280
  • https://openalex.org/W3154755372
  • https://openalex.org/W3201333251
  • https://openalex.org/W4256381255
  • https://openalex.org/W4285719527