Effect of Plasma and Fiber Position on Flexural Properties of a Polyethylene Fiber-Reinforced Composite

Abstract: The aim of this study was to evaluate the effect of plasma treatment using argon and oxygen gases, combined with fiber position on flexural properties of a fiber-reinforced composite. Eleven groups were evaluated, a non-reinforced control group and 10 groups reinforced with InFibra, a woven polyethylene fiber, varying according to the plasma treatment and fiber position. The samples were prepared using a stainless steel two-piece matrix. The three point bending test was performed in an EMIC testing machine. Flexural strength (FS) and flexural deflection (FD) were calculated from initial (IF) and final (FF) failure. Data were evaluated statistically using Kruskal-Wallis and Mann-Whitney tests (p<0.05). For IF, in all groups with fibers placed on the base, the FS and FD values were significantly higher than those positioned away from the base. The highest value of FS was obtained in the group treated with O 3 min (296.2 MPa) and the highest value of FD was obtained in the group treated with 1 min (0.109 mm). For FF the FS and FD values obtained for the groups with fibers positioned away from the base were similar or higher than those placed on the base. The highest FS value was obtained in the group treated with 1 min (317.5 MPa) and the highest FD value was obtained in the group treated with O 3 min (0.177 mm). Plasma treatment influenced FS and FD. Fiber position and plasma treatment affected the flexural properties of a fiber-reinforced composite.

Resumo O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do tratamento de plasma, utilizando os gases argônio e oxigênio, associado à posição da fibra, nas propriedades mecânicas de um compósito reforçado por fibra. Onze grupos foram avaliados, um grupo controle, sem reforço, e 10 grupos reforçados com Infibra, variando de acordo com o tratamento de plasma e a posição das fibra. As amostras foram preparadas utilizando uma matriz bipartida de aço inoxidável. O teste de flexão de três pontos foi realizado em uma máquina de ensaios EMIC. A resistência à flexão (FS) e deflexão (FD) foram calculados em relação à falha inicial (IF) e final (FF). Os dados foram avaliados estatisticamente pelos testes de Mann-Whitney e Kruskal-Wallis (p<0,05). Para IF, nas fibras posicionadas na base, os valores de FS e FD foram significativamente maiores do que quando as fibras foram afastadas da base em todos os grupos. O maior valor de FS foi obtido no grupo tratado com O 3 min (296,2 MPa) e o maior valor de FD foi obtido no grupo tratado com O 1 min (0,109 mm). Para FF, os valores de FS e FD para os grupos com fibras afastadas da base foram semelhantes ou superiores aos daqueles com fibras na base. O maior valor de FS foi obtido no grupo tratado com O 1 min (317,5 MPa) e o maior valor de FD foi obtido no grupo tratado com O 3 min (0,177 mm). O tratamento de plasma influenciou o FS e o FD. A posição de fibras, assim como o tratamento de plasma, afetaram as propriedades de flexão de um compósito reforçado com fibra.

O papel da concentração de nanofibras e da composição da matriz resinosa nas propriedades flexurais de compósitos experimentais baseados em nanofibras / Flexural properties of experimental nanofiber reinforced composite are affected by resin composition and nanofiber/resin ratio

O objetivo do presente estudo foi de avaliar a influência de soluções de resina com diferentes proporções de monômeros e diferentes concentrações em massa de nanofibras nas propriedades flexurais de compósitos resinosos experimentais reforçados com nanofibras de poliacrilonitrila (PAN). Materiais e métodos: Nanofibras de PAN foram produzidas pelo processo de eletrofiação e caraterizadas por teste de tração e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os compósitos experimentais foram produzidos pela infiltração das mantas de nanofibras com diferentes misturas de BisGMA-TEGDMA (BisGMA/TEGDMA: proporções em % massa de 30/70, 50/50, e 70/30). Foram incorporadas diferentes concentrações em massa de nanofibras (de 0% a 8%). Espécimes em forma de barra foram seccionados a partir de blocos do compósito experimental e armazenados em água na temperatura de 37oC por 24h anteriormente à realização dos testes de flexão de três pontos. Foram avaliados a resistência flexural (RF), o módulo flexural (MF) e o trabalho de fratura (TF). Resultados: Os testes de tração das nanofibras de PAN demonstraram um comportamento anisotrópico das mantas de nanofibras. As propriedades mecânicas exibiram maiores valores na direção perpendicular ao eixo de rotação do coletor metálico utilizado na produção das fibras por eletrofiação. Maiores proporções de BisGMA nas misturas de resina resultaram em maiores valores de RF e MF, o que não ocorreu para os valores de TF. A adição de diferentes concentrações de nanofibras não afetou as propriedades de RF e MF em comparação com o grupo controle (resina pura) (p>0.05). No entanto, a adição das nanofibras promoveu um aumento significante do TF, principalmente para as misturas de resina com maior proporção de TEGDMA (p<0,05). Significância: A inclusão de nanofibras de PAN em resinas de modo a formar compósitos resinosos reforçados por nanofibras não afetou negativamente as propriedades flexurais do material e resultou em um aumento significativo da...

The present study had the objectives to evaluate the influence of different resin blends concentrations and nanofibers mass ratio on flexural properties of experimental Poliacrylonitrile (PAN) nanofibers reinforced composite. Materials and Methods: Poliacrylonitrile (PAN) nanofibers mats were produced by electrospinning and characterized by tensile testing and scanning electron microscopy (SEM). Experimental resin-fiber composite beams were manufactured by infiltrating PAN nanofiber meshs with varied concentrations of BisGMA-TEGDMA resin blends (BisGMA/TEGDMA: 30/70, 50/50 and 70/30 weight %). The mass ratio of fiber to resin varied from 0% to 8%. Beams were cured and stored in water at 37oC. Flexural strength (FS), flexural modulus (FM) and work of fracture (WF) were evaluated by three-point bending test after 24 hs storage. Results: The tensile properties of the PAN nanofibers indicated an anisotropic behavior being always higher when tested in a direction perpendicular to the rotation of the collector drum. Except for WF, the other flexural properties (FS and FM) were always higher as the ratio of BisGMA to TEGDMA increased in the neat resin beams. The addition of different ratios of PAN fibers did not affect FS and FM of the composite beams as compared to neat resin beams (p>0.05). However, the addition of fibers significantly increased the WF of the composite beams, and this was more evident for the blends with higher TEGDMA ratios (p<0.05). Significance: The inclusion of PAN nanofibers into resin blends did not negatively affect the properties of the composite and resulted in an increase in toughness that is a desirable property for a candidate material for restorative application.

O papel da concentração de nanofibras e da composição da matriz resinosa nas propriedades flexurais de compósitos experimentais baseados em nanofibras / Flexural properties of experimental nanofiber reinforced composite are affected by resin composition and nanofiber/resin ratio

O objetivo do presente estudo foi de avaliar a influência de soluções de resina com diferentes proporções de monômeros e diferentes concentrações em massa de nanofibras nas propriedades flexurais de compósitos resinosos experimentais reforçados com nanofibras de poliacrilonitrila (PAN). Materiais e métodos: Nanofibras de PAN foram produzidas pelo processo de eletrofiação e caraterizadas por teste de tração e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os compósitos experimentais foram produzidos pela infiltração das mantas de nanofibras com diferentes misturas de BisGMA-TEGDMA (BisGMA/TEGDMA: proporções em % massa de 30/70, 50/50, e 70/30). Foram incorporadas diferentes concentrações em massa de nanofibras (de 0% a 8%). Espécimes em forma de barra foram seccionados a partir de blocos do compósito experimental e armazenados em água na temperatura de 37oC por 24h anteriormente à realização dos testes de flexão de três pontos. Foram avaliados a resistência flexural (RF), o módulo flexural (MF) e o trabalho de fratura (TF). Resultados: Os testes de tração das nanofibras de PAN demonstraram um comportamento anisotrópico das mantas de nanofibras. As propriedades mecânicas exibiram maiores valores na direção perpendicular ao eixo de rotação do coletor metálico utilizado na produção das fibras por eletrofiação. Maiores proporções de BisGMA nas misturas de resina resultaram em maiores valores de RF e MF, o que não ocorreu para os valores de TF. A adição de diferentes concentrações de nanofibras não afetou as propriedades de RF e MF em comparação com o grupo controle (resina pura) (p>0.05). No entanto, a adição das nanofibras promoveu um aumento significante do TF, principalmente para as misturas de resina com maior proporção de TEGDMA (p<0,05). Significância: A inclusão de nanofibras de PAN em resinas de modo a formar compósitos resinosos reforçados por nanofibras não afetou negativamente as propriedades flexurais do material e resultou em um aumento significativo da...

The present study had the objectives to evaluate the influence of different resin blends concentrations and nanofibers mass ratio on flexural properties of experimental Poliacrylonitrile (PAN) nanofibers reinforced composite. Materials and Methods: Poliacrylonitrile (PAN) nanofibers mats were produced by electrospinning and characterized by tensile testing and scanning electron microscopy (SEM). Experimental resin-fiber composite beams were manufactured by infiltrating PAN nanofiber meshs with varied concentrations of BisGMA-TEGDMA resin blends (BisGMA/TEGDMA: 30/70, 50/50 and 70/30 weight %). The mass ratio of fiber to resin varied from 0% to 8%. Beams were cured and stored in water at 37oC. Flexural strength (FS), flexural modulus (FM) and work of fracture (WF) were evaluated by three-point bending test after 24 hs storage. Results: The tensile properties of the PAN nanofibers indicated an anisotropic behavior being always higher when tested in a direction perpendicular to the rotation of the collector drum. Except for WF, the other flexural properties (FS and FM) were always higher as the ratio of BisGMA to TEGDMA increased in the neat resin beams. The addition of different ratios of PAN fibers did not affect FS and FM of the composite beams as compared to neat resin beams (p>0.05). However, the addition of fibers significantly increased the WF of the composite beams, and this was more evident for the blends with higher TEGDMA ratios (p<0.05). Significance: The inclusion of PAN nanofibers into resin blends did not negatively affect the properties of the composite and resulted in an increase in toughness that is a desirable property for a candidate material for restorative application.

Effect of solution temperature on the mechanical properties of dual-cure resin cements

PURPOSE: This study was to evaluate the effect of the solution temperature on the mechanical properties of dualcure resin cements. MATERIALS AND METHODS: For the study, five dual-cure resin cements were chosen and light cured. To evaluate the effect of temperature on the specimens, the light-cured specimens were immersed in deionized water at three different temperatures (4, 37 and 60degrees C) for 7 days. The control specimens were aged in a 37degrees C dry and dark chamber for 24 hours. The mechanical properties of the light-cured specimens were evaluated using the Vickers hardness test, three-point bending test, and compression test, respectively. Both flexural and compressive properties were evaluated using a universal testing machine. The data were analyzed using a two way ANOVA with Tukey test to perform multiple comparisons (alpha=0.05). RESULTS: After immersion, the specimens showed significantly different microhardness, flexural, and compressive properties compared to the control case regardless of solution temperatures. Depending on the resin brand, the microhardness difference between the top and bottom surfaces ranged approximately 3.3-12.2%. Among the specimens, BisCem and Calibra showed the highest and lowest decrease of flexural strength, respectively. Also, Calibra and Multilink Automix showed the highest and lowest decrease of compressive strength, respectively compared to the control case. CONCLUSION: The examined dual-cure resin cements had compatible flexural and compressive properties with most methacrylate-based composite resins and the underlying dentin regardless of solution temperature. However, the effect of the solution temperature on the mechanical properties was not consistent and depended more on the resin brand.

Estimativa das propriedades de flexão estática de seis espécies de madeiras amazônicas por meio da técnica não-destrutiva de ondas de tensão / Predicting flexural properties of six Amazonian hardwoods using stress wave nondestructive method

A utilização de técnicas não-destrutivas (NDT) pode incrementar o nível de informação tecnológica sobre espécies de madeira conhecidas, bem como daquelas ainda não estudadas. A principal vantagem das técnicas NDT é que são rápidas e várias medidas podem ser feitas, melhorando assim o nível de confiança dos resultados. Nesse contexto, o trabalho objetivou avaliar a viabilidade de utilização da técnica de ondas de tensão na estimativa de propriedades de flexão de seis espécies de madeiras amazônicas. As espécies foram escolhidas com base na sua densidade: Balfourodendron riedelianum, Cedrela fissilis, Cordia goeldiana, Bowdichia virgilioides, Dipteryx odorata and Tabebuia sp. Foram obtidas vinte amostras por espécie nas dimensões segundo ASTM D143-94 para a determinação das propriedades de flexão, totalizando assim 120 amostras. Antes do ensaio destrutivo em flexão estática, as amostras foram avaliadas não-destrutivamente por meio da técnica de ondas de tensão para a determinação do módulo de elasticidade dinâmico e a velocidade de propagação das ondas tensão. De acordo com os resultados, os modelos de regressão foram altamente significativos para a predição das propriedades de flexão do conjunto de espécies. Dessa forma, pode-se concluir que o método é adequado para predizer as propriedades de flexão onde há variação, por exemplo, entre espécies. No entanto, quando a variabilidade é baixa, como dentro da espécie, os modelos apresentaram baixa previsibilidade.

The utilization of non-destructive testing (NDT) can augment the technological information about well-known wood species, as well as those which have not yet been investigated. The main advantage is that NDT methods are fast, and many measures can be undertaken to improve the confidence level of the evaluation. In this context, the paper aims to study the feasibility of the stress wave method to estimate flexural properties of six Brazilian tropical woods. The species were chosen according to density: Balfourodendron riedelianum, Cedrela fissilis, Cordia goeldiana, Bowdichia virgilioides, Dipteryx odorata and Tabebuia sp. Twenty samples from each species were cut and tested according to ASTM D143-94 (2000) to determine flexural properties, totaling 120 samples. Before mechanical testing, the samples were non-destructively tested by using the stress wave method, and their dynamic modulus of elasticity (Ed) and wave velocity (w v) were determined. Stepwise multiple linear regression analysis was run to select the best variables for estimating the flexural properties. According to the results, the models generated had higher values of R². Thus, it can be concluded that the stress wave method is suitable for predicting flexural properties where there is wood variability, for instance among species. On the other hand, when the variability is low, for instance within wood species, the models generated had low predictability.