Fiber Reinforced Soft Composites with Tunable Extensibility, Stiffness, and Strength for Synthetic Bio-tissue Applications

具有可调延展性、刚度和强度的纤维增强软复合材料,适用于合成生物组织应用

基本信息

  • 批准号:
    20K20193
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.41万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2020-04-01 至 2023-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

We have developed a method to incorporate wrinkled fabric structures into elastomer composites with controlled wavelength. 3D printing is used to create molds with controlled shape. Fabric is compressed between these molds, and then the edges of the fabric are immersed in melted wax. When the wax solidifies, the fabric can be removed from the mold, and the fabric maintains the imposed wrinkled structure. The wrinkled fabric is then placed into a reactor, and pre-polymer solution is injected and exposed to UV light, to synthesize the elastomer. Finally a laser cutter is used to cut the sample to the desired shape. The proposed method works well to design extensible fabric-reinforced soft materials.These samples have been mechanically characterized, and the resulting properties are unique compared to regular soft materials. The incorporation of a wrinkled structure of fabric introduced a new transition point during tensile testing. Initial stress-strain behavior appears linearly elastic, closely matching that of the matrix. A transition strain occurs, where the composite quickly becomes stiff, and the modulus in this region approaches that of the fabric. The strain at which this transition occurs is controlled by the wrinkled fabric structure. We have demonstrated that we can cause this transition to occur at strains ranging from 5-30%. This simple method allows for fabrication of J-shaped composites, similar to natural biomaterials.
我们开发了一种方法,可将褶皱织物结构融入具有受控波长的弹性体复合材料中。 3D 打印用于创建形状受控的模具。织物在这些模具之间被压缩,然后织物的边缘浸入熔化的蜡中。当蜡凝固时,可以将织物从模具中取出,并且织物保持所施加的褶皱结构。然后将起皱的织物放入反应器中,注入预聚物溶液并暴露在紫外线下,以合成弹性体。最后使用激光切割机将样品切割成所需的形状。该方法非常适合设计可延伸的织物增强软材料。这些样品已经过机械表征,与常规软材料相比,所得性能是独特的。织物皱纹结构的结合在拉伸测试过程中引入了新的转变点。初始应力-应变行为呈现线性弹性,与基体密切匹配。发生过渡应变,复合材料迅速变硬,并且该区域的模量接近织物的模量。发生这种转变的应变由起皱的织物结构控制。我们已经证明,我们可以在 5-30% 的应变范围内导致这种转变发生。这种简单的方法可以制造类似于天然生物材料的 J 形复合材料。

项目成果

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