Characterization methodology to assess the mechanical properties of delignified birch/PMMA transparent wood biocomposites

Sammanfattning: Transparent trä biokompositer (TW) är en ny attraktiv klass av biokomposit. De är uppbyggda av delignifierat trä som impregnerats med en polymer med matchande brytningsindexet.  TW kan skräddarsys för inom ett brett spektrum av funktionella, optiska och mekaniska egenskaper. Eftersom de är biobaserade ses de dessutom som ett möjligt material som kan ersätta andra, mer miljöpåverkande material, inom olika sektorer, däribland byggnadsindustrin. Till skillnad från de funktionella egenskaperna har det mekaniska beteendet hos dessa biokompositer dock inte undersökts särskilt ingående. Syftet med denna avhandling är därför att utöka den nuvarande kunskapen om det mekaniska beteendet av dessa material genom att använda två olika mekanisk karakterisering metoder av TW och vanligt trä som referensmaterial. TW framställdes genom impregnering av delignifierade björkfaner med PMMA. Den mekaniska karakteriseringen utfördes med hjälp av olika metoder. Elastiska modulen och böjhållfastheten i tvärriktningen studerades med hjälp av fyrpunktsböjningprov. Resultaten visade en förbättring för båda egenskaperna jämfört med vanligt björkträ. Brottet vinkelrätt mot fibern (TR-systemet) undersöktes genom att utföra in situ fyrpunktsböjningstester på prover med en kant-spricka i ett svepelektronmikroskop för att observera hur sprickorna fortplantar sig i den komplexa mikrostrukturen. En anmärkningsvärd förbättring (cirka 175 procent) av brottsstyrkan konstaterades jämfört med vanligt trä. Dessutom användes DIC-teknik (digital image correlation) på fyrpunktsböjningstesterna, med kant-spricka, för att studera spänningsfältet under spricktillväxten, särskilt bildandet av brottprocesszonen (FPZ) runt sprickspetsen. Därefter föreslogs en ekvation som beskriver kohesionslagen för båda materialen baserat på experimentella observationer som i slutändan kan användas för sprickmekaniska simuleringar. Slutligen visades kort hur man kan använda de uppmätta mekaniska egenskaperna hos den nya TW för materialval för tekniska tillämpningar.