Effects of nanofiber orientations on the fracture toughness of cellulose nanopaper
Effects of nanofiber orientations on the fracture toughness of cellulose nanopaper
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纳米纤维取向对纤维素纳米纸断裂韧性的影响
DOI：
10.1016/j.engfracmech.2018.03.034
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发表时间：
2018-05
影响因子：
5.4
通讯作者：
Feng Xi-Qiao
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Meng Qinghua;Li Bo;Li Teng;Feng Xi-Qiao
纤维素纳米纸具有高强度和高韧性的优异力学性能，而纳米纤维的裂纹桥联机制对其断裂韧性的贡献最大。本文采用一种改进的裂纹桥联模型研究了纤维纳米纸中I型裂纹的断裂韧性。与以往的裂纹桥联模型不同，我们考虑了纳米纤维倾向于裂纹表面的影响。特别注意了断裂韧性与纳米纤维在纤维素纳米纸中的取向分布的关系。我们使用内聚力定律来解释纳米纤维的界面剪应力，这涉及到界面处氢键的自愈。考虑了两种具有代表性的取向分布，其中纳米纤维分别是排列的或随机取向的。理论计算结果与相关实验结果吻合较好。这项工作有助于理解纤维素纳米纸的结构与性能之间的关系，并设计其他纤维增强纳米复合材料。
Cellulose nanopaper exhibits superior mechanical properties with both high strength and toughness, and the crack bridging mechanism of nanofibers makes the most significant contribution to its fracture toughness. In this paper, we investigate the fracture toughness of a mode-I crack in cellulose nanopaper by using a modified crack-bridging model. Different from previous crack-bridging models, we account for the effect of nanofibers inclined to the crack surfaces. Particular attention is given to the dependence of fracture toughness on the orientation distribution of nanofibers in the cellulose nanopaper. We use a cohesive law to account for the interfacial shear stress of nanofibers, which involve self-healing of hydrogen bonds at their interfaces. Two representative orientation distributions are considered, in which nanofibers are aligned or randomly oriented, respectively. The theoretical results agree well with relevant experiments. This work helps understand the structure–property relationship of cellulose nanopaper and design other fiber-reinforced nanocomposites.
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影响因子：
9.1
作者：
H. Sehaqui;Maël Allais;Qi Zhou;L. Berglund
通讯作者：
H. Sehaqui;Maël Allais;Qi Zhou;L. Berglund
影响因子：
6.2
作者：
H. Sehaqui;S. Morimune;T. Nishino;L. Berglund
通讯作者：
H. Sehaqui;S. Morimune;T. Nishino;L. Berglund
DOI：
10.1073/pnas.1502870112
发表时间：
2015-07
期刊：
Proceedings of the National Academy of Sciences
影响因子：
--
作者：
Hongli Zhu;Shuze Zhu;Z. Jia;Sepideh Parvinian;Yuanyuan Li;Oeyvind Vaaland;Liangbing Hu;Teng Li
通讯作者：
Hongli Zhu;Shuze Zhu;Z. Jia;Sepideh Parvinian;Yuanyuan Li;Oeyvind Vaaland;Liangbing Hu;Teng Li
影响因子：
64.8
作者：
Kermode, J. R.;Albaret, T.;De Vita, A.
通讯作者：
De Vita, A.
影响因子：
5.3
作者：
Shao, Yue;Zhao, Hong-Ping;Gao, Huajian
通讯作者：
Gao, Huajian