Collaborative Research: High-Strain-Rate Dynamics of Copolymer Microparticles for Advanced Additive Manufacturing

合作研究:用于先进增材制造的共聚物微粒的高应变率动力学

基本信息

  • 批准号:
    1760294
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-09-01 至 2022-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In the cold particle gas spray manufacturing technique, sub- or super-sonic spraying of feedstock powders or micro-size polymeric particles can enable unique additive processing without the use of volatile organic compounds due to the extreme deformation of the microparticles during the collisions onto a substrate. As the consolidation occurs below the microparticles' melting temperature, extraordinary nanostructures created by the collision-induced deformation can remain and contribute to the performance of the end products. Thus, advanced additive manufacturing with the capability of nanoscale engineering of materials being deposited can be envisioned. Multiphase copolymers can serve as a promising material platform as they exhibit favorable inherent material behavior for cold particle gas spray process. This project intends to provide comprehensive and fundamental knowledge of the nanoscale morphologies of copolymers created under such process using an integrated experimental-computational approach. It is envisioned that a deeper understanding of high-strain-rate behavior of multiphase polymers will not only facilitate the development of the cold particle gas spray manufacturing technique but will also advance knowledge of materials use in extreme environments for defense applications, thereby promoting the progress of science; advancing the national health, prosperity, and welfare; and securing the national defense. The educational and outreach plan in this project includes: curriculum updates, development of a new teaching model based on student-led group projects and videography, and introduction to science and engineering for high school students through a specialized class at a local school.The objective of this work is to determine the high strain-rate dynamic characteristics of multiphase block copolymers consisting of mechanically distinctive (hard/glassy and soft/rubbery) polymer blocks, for eventual application in cold particle gas spray manufacturing. High-velocity collision experiments of single copolymer micro-particle will be performed to achieve this. Under precise collision conditions including particles? kinetic energy, angular momentum, and temperature, high-strain-rate rheology and various transitions in phase and morphology will be studied. The research team will also perform simulations based on the development of new constitutive models. Detailed high-strain-rate dynamics of deformation and the contributions from nanoscale characteristics of the polymers to the manufacturing process will be quantitatively investigated. The successful completion of this project will establish a new microscopic methodology to understand high strain-rate characteristics of multiphase polymers. The data from this research will be made available in a publicly accessible database for wider dissemination.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在冷颗粒喷雾制造技术中,原料粉末或微型聚合物颗粒的子或超音波喷涂可以实现独特的添加剂加工,而无需在碰撞过程中微粒的极端变形,而无需使用挥发性有机化合物。由于合并发生在微粒的熔化温度下方,因此碰撞引起的变形产生的非凡纳米结构可以保留并有助于最终产物的性能。因此,可以预见,可以预见,可以预见,可以预见,具有沉积材料的纳米级工程能力的先进添加剂制造。多相共聚物可以用作有前途的材料平台,因为它们表现出对冷颗粒气体喷雾过程的固有材料行为。该项目旨在使用综合实验兼容方法在此过程中创建的共聚物的纳米级形态提供全面和基本知识。可以预见的是,对多相聚合物的高应变率行为的深入了解不仅将促进冷颗粒气喷雾制造技术的发展,而且还将推动对极端环境中用于防御应用的材料使用的了解,从而促进科学的进步;促进民族健康,繁荣和福利;并确保国防。该项目中的教育和宣传计划包括:课程更新,基于学生主导的小组项目和摄影的新教学模型的开发,以及通过当地学校的专业班级为高中生提供的科学和工程介绍。这项工作的目的是确定具有机械性且柔和/柔和的柔性元素的高应变率动力学特征,以确定具有机械/玻璃/玻璃型的柔性元素的高应变特征( 制造业。将进行单个共聚物微颗粒的高速碰撞实验以实现这一目标。在包括颗粒在内的精确碰撞条件下?将研究动能,角动量和温度,高应变率流变学以及相位和形态中的各种跃迁。研究团队还将根据新构造模型的开发进行仿真。详细的变形的高压率动力学以及聚合物对制造过程的纳米级特征的贡献将进行定量研究。该项目的成功完成将建立一种新的显微镜方法,以了解多相聚合物的高应变率特征。这项研究的数据将在公开访问的数据库中提供,以进行更广泛的传播。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛的影响评估标准通过评估来支持的。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Epoxy Resin-Encapsulated Polymer Microparticles for Room-Temperature Cold Sprayable Coatings
  • DOI:
    10.1021/acsami.1c15415
  • 发表时间:
    2021-10-14
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Huang, Mengfei;Liu, Yuan;Schiffman, Jessica D.
  • 通讯作者:
    Schiffman, Jessica D.
Extreme Tribological Characteristics of Copolymers Induced by Dynamic Rheological Instability
  • DOI:
    10.1021/acsapm.1c00423
  • 发表时间:
    2021-08-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Kim, Ara;Muftu, Sinan;Lee, Jae-Hwang
  • 通讯作者:
    Lee, Jae-Hwang
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