Prediction of Normal Stress Difference and Relaxation Modulus of Polylactic Acid/Calcium Phosphate Nanocomposites

Abstract

Були проведені нові дослідження, щоб краще зрозуміти взаємозв’язок між механічними характеристиками та швидкістю деформації полімерних матеріалів. Наночастинки фосфату кальцію були включені в полімолочну кислоту за допомогою змішування розплаву за допомогою ультразвукової вібрації, а зразки були отримані у вакуумі. Нормальна різниця напружень і модуль релаксації для нанокомпозитів полімолочна кислота/фосфат кальцію були розраховані з використанням експериментально виміряного значення в’язкопружних властивостей. Для підтвердження виразів також було показано залежність різниці нормальних напружень і модуля релаксації від різних параметрів. Перша нормальна різниця напружень і модуль релаксації були передбачені на основі частотної залежності в’язкопружних характеристик нанокомпозитів полімолочна кислота/фосфат кальцію. Нормальна різниця напруг зростає зі швидкістю зсуву і досягає плато при нижчих швидкостях зсуву. Значення першого нормального диференціалу напруги зростає з концентрацією наночастинок фосфату кальцію, демонструючи, що фосфат кальцію сприяє еластичності. Модуль релаксації падає зі збільшенням швидкості зсуву, одночасно збільшуючи концентрацію наночастинок фосфату кальцію. Однак включення наночастинок фосфату кальцію в полімолочну кислоту збільшує модуль релаксації через взаємодію полімер-наповнювача.

New research is being conducted to better understand the relationship between mechanical characteristics and strain rate in polymeric materials. In this study, calcium phosphate nanoparticles were incorporated into polylactic acid using ultrasonic vibration-assisted melt mixing, and the samples were cast under vacuum. The normal stress difference and relaxation modulus for the Polylactic acid/Calcium phosphate nanocomposites were calculated using the experimentally measured value of viscoelastic properties. The dependency of normal stress difference and relaxation modulus on different parameters was also shown for the validation of the expressions. The first normal stress difference and relaxation modulus were predicted based on the frequency dependence viscoelastic characteristics of polylactic acid/calcium phosphate nanocomposites. The first normal stress difference increases with shear rate and reaches a plateau at lower shear rates. The value of the first normal stress differential increases with calcium phosphate nanoparticle concentration, demonstrating that calcium phosphate promotes elasticity. The relaxation modulus falls as shear rates increase while increasing with calcium phosphate nanoparticle concentration. However, the incorporation of the calcium phosphate nanoparticle to polylactic acid increases the relaxation modulus because of polymer-filler interaction.