Covalent Adaptable Networks in Fiber Composites
A Path to Recyclability and Performance
Tid: Fr 2025-05-16 kl 09.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/62942074699
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fiber- och polymervetenskap
Respondent: Karla Itzel Garfias González , Polymerteknologi
Opponent: Professor Renaud Nicolaÿ, ESPCI Paris – PSL, Frankrike
Handledare: Professor Minna Hakkarainen, Polymerteknologi; Professor Karin Odelius, Polymerteknologi
QC 2025-04-22
Abstract
Vi är på väg mot en ny era där hållbarhet, prestanda och återvinningsbarhet för fiberförstärkta polymerbaserade kompositer inte längre är en möjlighet utan ett krav. Arbetet som presenteras här bidrar till dessa insatser genom att kombinera dynamiska polymera nätverk (CAN) med ytfunktionaliserade fibrer. Två dynamiska polymera nätverk utvecklades: en epoxibaserad härdplast med transesterifieringsreaktioner (TVx) som reversibla reaktioner och en fas-separerad tvärbunden elastomer med disulfid-baserade reversibla bindningar (BlendSS). Fibrer med kompletterande funktionalitet till den reversibla kemin utvecklades och inkorporerades i respektive matris. Kemisk och mekanisk återvinning, genom formpressning eller extrudering, användes för att studera rollen av fibrernas ytmodifiering på kompositernas prestanda före och efter återvinning. Epoxidfunktionaliserade aramidfibrer (PDA-Si) tillsattes till TVx som en fiberväv eller som korta fibrer. Detta resulterade i PDA-Si-kompositer med ≈22 % högre brottstyrka och fiberväv-baserade kompositer med 46 % högre skjuvhållfasthet jämfört med ofunktionaliserade fibrer (UA). PDA-Si bidrog till att egenskaperna bibehölls, vilket indikerades av en 23 % högre skjuvhållfasthet och 75 % högre dragspänning vid brott (7 MPa) efter kemisk och mekanisk återvinning jämfört med UA fibrer. På liknande sätt utvecklades tetrasulfidfunktionaliserade glasfibrer (SGF) för att främja disulfidbindningar i BlendSS. Detta resulterade i SGF-kompositer (CompSS-SGF) med 25 % högre styrka och 36 % högre krypmotstånd jämfört med kompositer med obehandlade eller rengjorda glasfibrer. Efter tre återvinningscykler genom extrudering hade CompSS-SGF ≈10 % högre dragstyrka och ≈26 % högre lagringsmodul jämfört med de omodifierade analogerna. Detta relaterar sannolikt till den ökade tillgången på svavel i Comp-SGF för disulfidutbyten, vilket också ledde till ett oväntat krypbeteende vid högre temperaturer. Detta arbete använde kommersiellt tillgängliga polymerer, fibrer och kemikalier för att skapa fiberförstärkta CANs, och visar möjligheterna med fiberfunktionalisering för att förbättra prestandan hos dynamiska polymer nätverks-kompositer. Dessutom föreslås en enkel metod för att bearbeta och återvinna materialen med industriellt relevanta tekniker, samt en strategi för att använda fibrer för att öka krypbeständigheten.