A Spider Silk Like Fiber for Vibration Damping

用于减震的蜘蛛丝状纤维

基本信息

  • 批准号:
    1333997
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36.7万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-01 至 2017-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The objective of this project is to design, synthesize, characterize, and model a spider silk like fiber for vibration control. The high damping synthetic fiber will mimic the microstructure of spider silk. In this project, the composition of existing melt-spin polyurethane fiber will be modified by tailoring the hard phase domain and soft phase domain, molecular chain rigidity, molecular weight and distribution, hydrogen bond, and cross-link density. The synthetic fiber will be strengthened and hardened by cold-stretching and by reducing fiber diameter during the melt-spinning process. Once the fiber is fabricated, its chemical, physical, and mechanical properties will be characterized and feed-back will be given to further refine its composition and polymerization, as well as cold-tension, until it is competitive with dragline spider silk. Its vibration damping capability will then be evaluated. Physics based multi-scale modeling of the synthetic fiber under dynamic loading will be developed. The model will link the microstructure of the fiber with its damping properties over a wide range of temperature and frequency. The result will provide guidance for further improvement in fiber design. If successful, this project will create fundamental knowledge and provide basic understanding of a novel synthetic fiber mimicking dragline spider silk. It may eventually make it possible to manufacture a large amount of synthetic fibers that have mechanical and damping properties comparable to those of spider silks. It is expected that this project will open up new opportunities for application of polymeric fibers in lightweight load-bearing structures. The derived knowledge can also be extended to other materials such as fiber reinforced cement concrete for vibration damping in bridges and buildings. This project will support advanced training for undergraduate and graduate students, including minority students at Southern University, and high school students through hands on laboratory work and Science and Engineering Fair projects.
该项目的目的是设计,合成,表征和建模蜘蛛丝(如纤维),以进行振动控制。高阻尼合成纤维将模仿蜘蛛丝的微观结构。在这个项目中,将通过调整硬相结构域和软相结构域,分子链刚度,分子量和分布,氢键以及交联密度来修饰现有熔融旋转聚氨酯纤维的组成。合成纤维将通过冷裂缝加强和硬化,并在熔融旋转过程中降低纤维直径。一旦制造纤维,将对其化学,物理和机械性能进行表征,并将给出进料,以进一步完善其组成和聚合以及冷张力,直到它与Dragline Spider Silk具有竞争力为止。然后将评估其振动阻尼能力。将开发基于物理的基于物理的多尺度建模在动态载荷下的合成纤维。该模型将在温度和频率范围内将纤维的微观结构与其阻尼特性联系起来。结果将为进一步改进纤维设计提供指导。 如果成功的话,该项目将创造基本知识,并提供对新型合成纤维模仿Dragline Spider Silk的基本理解。最终,它可能使制造具有与蜘蛛丝相当的机械和阻尼特性的大量合成纤维。预计该项目将为轻质负荷结构中应用聚合物纤维的新机会。派生的知识也可以扩展到其他材料,例如纤维增强水泥混凝土,以用于桥梁和建筑物中的振动阻尼。该项目将通过实验室工作,科学和工程博览会项目的帮助,支持本科和研究生的高级培训,包括南方大学的少数民族学生以及高中生。

项目成果

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