Quantitative assessment of particle dispersion in polymeric composites and its effect on mechanical properties

材料科学 体积分数 复合材料 极限抗拉强度 聚合物 复合数 色散(光学) 微观结构 光学 物理
作者
Geeta Rani,R. Murugeswari,Suchart Siengchin,N. Rajini,M. Arul Kumar
出处
期刊:Journal of materials research and technology [Elsevier BV]
卷期号:19: 1836-1845 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.jmrt.2022.05.147
摘要

In this work, an automated image analysis tool is developed to establish quantitative correlations between the particle/cluster size distribution and the mechanical properties of particle reinforced polymer composites (PRPC).This automated image analysis tool is developed within python programming software to process and analyze the microstructural images of the polymer-based composite materials. The spent coffee bean powder (SCBP) reinforced poly-propylene carbonate (PPC) polymer composite with differing wt.% of the filler is selected for the analysis. Detailed statistical analysis of the microstructural images reveals that ‘clustering of clusters’ is also presented in addition to the most commonly reported ‘clustering of particles’, and the distribution of particle/clusters is bimodal. Based on these findings, an effective volume fraction for the filler material is proposed to mainly capture the agglomeration effect. With this effective volume fraction, the standard rule-of-mixture model correctly captures the experimentally measured tensile strength and modulus as a function of filler wt.%. Further, the applicability of this effective volume fraction for other theoretical models is also analyzed. The detailed statistical analysis of the microstructure and the proposed effective volume fraction helps to develop a deeper quantitative understanding of the PRPC than the conventional qualitative correlation of microstructural features with the properties and failure processes.
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