Air Force Institute od Technology (Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych)

Aviation Advances & Maintenance Volume 41 Issue 1 2018 DOI 10.2478/afit-2018-0005 Janusz LISIECKI, Dominik NOWAKOWSKI Air Force Institute od Technology (Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych) THE IMPACT OF TECHNOLOGY ON POISSON'S RATIO OF AUXETIC POLYURETHANE FOAMS (Wpływ technologii na współczynnik Poissona auksetycznych pianek poliuretanowych, s. 141) Abstract: The article presents a method for measuring Poisson s ratio of the polyurethane foam, including shapes of the auxetic foam. The impact of technology applied in Air Force Institute of Technology, that is a method for processing the selected polyurethane foams, on the value of Poisson s ratio of the auxetic foam shape was presented. In order to manufacture the auxetic foam shapes, two methods; mechanical-thermal and mechanical- -chemical-thermal, were applied. Key words: negative Poisson's ratio, auxetic polyurethane foam, volume compression, compression, single axis compression, three-axis compression, mechanical-thermal process, mechanical-chemical-thermal process. Streszczenie: W artykule przedstawiono sposób pomiaru współczynnika Poissona próbek pianki poliuretanowej, w tym kształtek pianki auksetycznej. Przedstawiono wpływ technologii zastosowanej w ITWL, tzn. sposobu przetwarzania wybranych pianek poliuretanowych na wartość współczynnika Poissona kształtki pianki auksetycznej. Do wytwarzania kształtek pianki auksetycznej zastosowano dwie metody: mechaniczno-termiczną oraz mechaniczno- -chemiczno-termiczną. Słowa kluczowe: ujemny współczynnik Poissona, poliuretanowa pianka auksetyczna, kompresja objętościowa, kompresja jednoosiowa, kompresja trzyosiowa, proces mechaniczno-termiczny, proces mechaniczno-chemiczno-termiczny.

120 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski 1. Introduction Auxetic polyurethane foams created as a result of the processing of a traditional polyurethane foam are produced with the use of two basic methods: mechanical-thermal and mechanical-chemical-thermal. In the mechanical-thermal method (M-T), the polyurethane foam is compressed uniaxially or with the use of three axes in one or more stages, and then, the compressed structure is stabilised by curing at the temperature below the softening temperature [1 3, 6, 12, 14, 15, 23, 25, 26]. In the mechanical-chemical-thermal (M-Ch-T) method, the polyurethane foam is compressed in three axes, then it is softened in the chemical reagent and it strengthens the resulting structure at the temperature close to the softening temperature [8, 9, 20]. The second option is the initial softening of the foam in the chemical reagent, followed by three-axis compression and thermal fixing of the structure [8]. 2. Methods of measurement of Poisson's ratio of auxetic polyurethane foams Poisson's ratio is a mechanical property of the material, a material constant, which is usually defined in its elastic range. It is the ratio between transverse deformation and longitudinal deformation at the axial state of stress. Poisson's ratio is a dimensionless quantity that determines a way of the material deformation. If in case of an isotropic material, in the considered section of the body, we will distinguish the m direction and, if, in this section, we distinguish only e σm 0 stress (and the other stress components are zero), then, Poisson s ratio is: ε n ν = ε m where: ε deformation, n direction perpendicular to m. In the first research on auxetic polyurethane foams, the measurement of Poisson s ratio was performed on samples in the shape of a cube, with markers, constituting a cut out fragment of a larger block [13]. The cube was placed and compressed between two vertical plates fixed and movable plates, covered with a lubricant. Then, the sample deformation in the transverse and longitudinal

The impact of technology on Poisson's ratio of auxetic polyurethane foams 121 directions was determined with the use of a calibrated measure with a resolution of 0.8 mm. Currently, Poisson's ratio of such materials on the samples in the form of columns with a square or circle base is usually determined during stretching by measuring the sample deformation in the transverse and longitudinal direction using a video- extensometer [4, 5, 16, 24], as well as during compression, with the use of a digital camera [7, 22, 27]. The auxetic foam, in the shape of a cuboid, made by the three-axis compression method, in order to obtain a specific compression ratio, is always uneven due to the occurring foam density change toward its centre. The greatest density change takes place along the sample shape diagonals [21]. The value of Poisson s ration of such a shape is determined by the place of sampling from the polyurethane block, since locally the block is not homogeneous. Therefore, Poisson s ratio will depend on the measurement direction, and single measurement of such shapes may be burdened with a significant error. 3. Method for determining Poisson's ratio of polyurethane foams 3.1. Measurement method In the research carried out by the author, Poisson s ratio of polyurethane foams with the dimensions of 150x150x50 mm was determined in a way that a sample in the shape of a cuboid with four fixed markers on each of two walls with the largest area were placed on a smooth horizontal glass plate, leaning it with one side against the smooth horizontal plate fitted to the force sensor. The markers were arranged at an angle of 90 along the centre lines of the sample, so that one pair was fixed in the longitudinal direction and the other in the transverse direction at a distance of approx. 15 mm from the edges of the walls. The opposite side of the sample was pressed with the use of a movable vertical smooth plate fixed to the cylinder s piston, at a speed of 10 mm/min., while measuring, at the same time, the distances between the pairs of markers with the use of the video-extensometer until the assumed deformation value is obtained. The surfaces of all the plates are covered with a lubricant. Then, the movable plate was moved to the initial position and the sample was left between the vertical plates for a sufficiently long time, in order to make it achieve the initial dimensions. Then, the sample was rotated by the angle of 90 in the

122 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski measuring plane, so that a pair of markers placed in the longitudinal direction changed its position to the transverse direction, a pair of markers placed in the transverse direction was arranged in the longitudinal direction, and it was compressed again with the same speed in order to obtain the assumed values. The movable plate was moved again to the initial position and the sample was left in order to achieve the initial dimensions. This measurement was repeated on the opposite wall with four fixed markers. Poisson's ratio was determined as the average of four defined extreme values on both walls of the sample. In this way, the possibility of determining the average surface Poisson s ratio while compressing on both walls [17] was obtained. 3.2. Position for Poisson's ratio measurement Poisson s ratio was determined on the basis of the sample shape deformation measurement in the longitudinal and transverse direction to the longitudinal axis of the sample with the use of the video-extensometer. The samples/shapes were compressed along the longitudinal axis. A pair of markers in the form of black and white stripes were stuck on the surface of the samples at a distance of 120 mm between markers of each pair. The video-extensometer camera was placed in way that the axis of the lens is perpendicular to the sample surface, so that the camera saw all markers in sharp focus. Figure 1 shows an image of the foam during the measurement on the monitor screen of the computer with the installed WinextNG programme 1. On the left side, the current values of the distances between the pairs of markers are visible. The measurement of elongation (shortening) was performed in the range of longitudinal deformation from 0 to 30%. 1 J. Lisiecki, S. Kłysz, T. Błażejewicz, S. Klimaszewski, G. Gmurczyk, P. Reymer: Badanie elastycznej pianki poliuretanowej o ujemnym współczynniku Poissona; Badania wpływu sposobu zagęszczania kształtek pianki auksetycznej na współczynnik Poissona i właściwości użytkowe cz. I [Study on the elastic polyurethane foam with negative Poisson s ratio; Studies on the impact of a method for thickening the auxetic foam shapes on Poisson s ration and functional properties Part I]. Sprawozdanie ITWL nr SP-147/31/2012 [Air Force Institute of Technology Report], December 2012.

The impact of technology on Poisson's ratio of auxetic polyurethane foams 123 Fig. 1. Determination of Poisson s ratio of the foam with the use of the video-extensometer 4. Test samples To determine Poisson's ratio, the polyurethane foams with the following symbols were selected: S364MD, V5030, LAM 353D and D30130 of the Eurofoam Polska Sp. z o.o. company production. The foams were characterised by the properties given in Table 1. Properties of the selected polyurethane foams [10,11] Properties Apparent density [kg/m 3 ] Tensile strength [kpa] Number of cells pcs/cm per inch Stiffness 40% [kpa] Permanent deflection [%] Foam type S364MD V5030 LAM353D D30130 31 35 43 50 31.5 34 25 29 130 50 130 110 17±3 no manufcaturer s data 16±3 Table 1 no manufcaturer s data 3.8 5 2.6 3.4 3.8 5 2.5 4 10* 5** 5 8 * Permanent deflection 50% (22h/70 C), ** permanent deflection 75%.

124 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski The sample of the polyurethane foams with the dimensions of 150x150x50 mm for measuring Posson s ratio were mechanically cut from the foam blocks. The auxetic foam shapes were made with different compression ratios R cv (compression ratio is the ratio of the shape volume prior to processing to the auxetic shape volume) using a mould set (with rectangular openings in the walls) with the dimensions of: 216x216x72; 192x192x64; 170x170x56; and 150x150x50 mm. The auxetic foam shapes with the dimensions of 150x150x50 mm were performed with the use of the M-T method in the following way: mechanical cutting of the shape with the dimensions of 180x180x65 mm from the polyurethane foam block, putting in the mould with the dimensions of 150x150x50 mm (three-axis compression), heating in the drying oven below the softening temperature specified by the method described in [18, 19] during about 20 minutes, removal from the drying oven, cooling to ambient temperature, removal from the mould and manual shape expansion, three-axis compression in the mould with the dimensions of 150x150x50 mm, heating in the drying oven below the softening temperature specified by the method described in [18, 19] during about 35 minutes, removing from the drying oven and cooling to ambient temperature. The foam auxetic shape with the dimensions of 150x150x50 mm were performed with the use of the M-Ch-T method as follows: mechanical cutting from the block of the polyurethane foam shape with the dimensions dependent on the assumed compression ratio from about 180x180x65 mm for R cv = 1.9 to about 229x229x77 mm for R cv = 3.8, putting the shape into the mould with a size respectively smaller than the shape, softening in the chemical reagent, draining and leaving for drying at ambient conditions, removal from the mould and if assumed manual expansion, three-axis compression in the mould with a size of one degree lower than the previous one or in a target mould with the dimensions of 150x150x50 mm, softening in the chemical reagent, draining and leaving for drying at ambient conditions, removal from the mould and if assumed manual expansion, three-axis compression in the mould with the dimensions of 150x150x50 mm, softening in the chemical reagent, draining and leaving for drying at ambient conditions, removal from the mould and if assumed manual expansion,

The impact of technology on Poisson's ratio of auxetic polyurethane foams 125 three-axis compression in the mould with the dimensions of 150x150x50 mm, heating in the drying oven below the softening temperature specified by the method described in [18, 19]. removing from the drying oven and cooling to ambient temperature. The auxetic foam shapes produced with the use of the above methods were marked with a symbol of the polyurethane foam, which it is made of, with an additional letter A. The shapes have characteristic protrusions that reflect the openings in the mould walls, which were mechanically removed. 5. Poisson's ratio of polyurethane foams Table 2 provides the values of Poisson s ratio determined in the scope of longitudinal deformation in compression 1 2%. Fig. 2 shows the courses of Poisson s ratio from deformation in compression to 30% for the tested foams. Poisson s ratio of the selected polyurethane foams 2, 3 Table 2 Properties Foam type S364MD V5030 LAM353D D30130 Poisson s ratio v 0.37 0.39 0.29 0.33 2 Ibid. 3 J. Lisiecki, S. Kłysz, T. Błażejewicz, S. Klimaszewski, G. Gmurczyk, P. Reymer: Badanie elastycznej pianki poliuretanowej o ujemnym współczynniku Poissona; Wykonanie, wyznaczenie charakterystyk termicznych i badania wytrzymałościowe kształtek auksetycznych 150 150 50 mm z pianki poliuretanowej polieterowej trudnopalnej [Study of the elastic polyurethane foam with negative Poisson s ratio; Implementation, determination of thermal characteristics and strength tests of 150x150x50 mm auxetic shapes made of the polyurethane polyether flame resistant foam]. Sprawozdanie ITWL nr SP-59/31/2013 [Air Force Institute of Technology Report], March 2013.

126 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski Fig. 2. Dependencies of Poisson s ratio on deformation in compression of LAM353D, D30130, V5030 and S364MD samples The courses of the dependencies of Poisson s ration on deformation, presented in Fig. 4, results that this ratio decreases with an increase of deformation. The increase in Poisson s ratio at the deformation more than 10% for the LAM353D foam and more than 20% for the D30130 foam results from the foam buckling in the direction of the video-extensometer camera during the measurement and it is not a property of the material. 6. Poisson's ratio of auxetic polyurethane foams The example shape of the S364MDA auxetic foam on the measuring station subjected to compressive deformation of 30% was shown in Fig. 3.

The impact of technology on Poisson's ratio of auxetic polyurethane foams 127 Fig. 3. View of the S364MDA auxetic shape on the station during the test; deformation of 30% 4 Fig. 4 shows the example courses of Poisson s ratio from compressive deformation to 30% for the S364MDA auxetic foam shapes with different compression ratios, determined in accordance with the method described in section 3.1. 4 J. Lisiecki, S. Kłysz, T. Błażejewicz, S. Klimaszewski, G. Gmurczyk, P. Reymer: Badanie elastycznej pianki poliuretanowej o ujemnym współczynniku Poissona; Badania użytkowe kształtek auksetycznych 150 150 50 mm z pianki poliuretanowej polieterowej trudnopalnej [Study of the elastic polyurethane foam with negative Poisson s ratio; Applied research of 150x150x50 mm auxetic shapes made of the polyurethane polyether flame resistant foam]. Sprawozdanie ITWL nr SP-92/31/2013 [Air Force Institute of Technology Report], June 2013.

128 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski Side 1 along Side 1 across Side 2 along Side 2 across a) Side 1 along Side 1 across Side 2 along Side 2 across b)

The impact of technology on Poisson's ratio of auxetic polyurethane foams 129 Side 1 along Side 1 across Side 2 along Side 2 across Fig. 4. c) Example courses of Poisson s ratio from deformation for the S364MDA auxetic shape with a compression ratio: a) 2; b) 2.5; c) 3 The presented courses result in the fact that the auxetic foam shape with a compression ratio of 2 is characterised by the flattest course of Poisson s ratio depending on compressive deformation up to 30%. In the shape with a compression ratio of 2, there is an intermediate state with the smallest obtained value of Poisson s ratio with deformation at the level of 3%. The greatest changes of Poisson s were observed for the shape with a compression ratio of 3. For 30% of deformation, it reaches values at the level of -0.05, which is associated with rapidly decreasing free space to the collapsing of cells in the shape volume. 7. The impact of technology on Poisson's ratio of auxetic polyurethane foams The relationships of Poisson s ratio ν to the volumetric compression ratio R cv were shown in Fig. 5 7. The figures show the minimum values and the values for the longitudinal deformation in compression 30%.

130 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski Fig. 5. Relationships of Poisson s ratio to the volumetric compression ratio for the S364MDA auxetic foam shapes made with the use of the M-T and M-Ch-T methods Fig. 6. Relationships of Poisson s ratio to the volumetric compression ratio for the LAM353DA auxetic foam shapes made with the use of the M-T and M-Ch-T methods

The impact of technology on Poisson's ratio of auxetic polyurethane foams 131 Fig. 7. Relationships of Poisson s ratio to the volumetric compression ratio for the D30130A auxetic foam shapes made with the use of the M-T and M-Ch-T methods It results from the presented relationships that it is not possible to obtain the shapes with negative Poisson s ratio, in the M-T technology described in section 4, from the selected S364MD, LAM353D and D30130 polyurethane foams. Fig. 8 11 present the relationships of Poisson s ratio ν to the volumetric compression ratio R cv for the auxetic foam shapes made of the S364MD, V5030, LAM353D and D30130 polyurethane foams with the use of the M-Ch-T method described in section 4. The figures show the minimum values circled in brown, as well as the values in the compressive longitudinal deformation of 30%, circled in green.

132 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski Fig. 8. Relationships of Poisson s ratio to the volumetric compression ratio for the S364MDA auxetic foam shapes made with the use of the M-Ch-T method

The impact of technology on Poisson's ratio of auxetic polyurethane foams 133 Fig. 9. Relationships of Poisson s ratio to the volumetric compression ratio for the V5030A auxetic foam shapes made with the use of the M-Ch-T method Fig. 10. Relationships of Poisson s ratio to the volumetric compression ratio for the LAM353DA auxetic foam shapes made with the use of the M-Ch-T method

134 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski Fig. 11. Relationships of Poisson s ratio to the volumetric compression ratio for the D30130A auxetic foam shapes made with the use of the M-Ch-T method The presented data results in the fact that: The S364MDA auxetic foam shapes show the lowest value of Poisson s ratio (the best auxetic properties) for the compression ratio with the value of about 2.5. Along with an increase in the compression ratio, the values of Poisson s ratio grow and for R cv with the value of about 3.5, they reach values close to zero. The shape deformation up to 30% with this compression ratio value already results in positive values of Poisson s ratio. The V5030A auxetic foam shapes show the values of Poisson s ratio above -0.100 and the lowest values (the best auxetic properties) for the lowest tested compression ratio of approx. 1.8. Already for R cv with the value of approx. 2.5, Poisson's ratio reaches values close to zero. The shape deformation up to 30% already with the compression ratio value of approx. 2 results in positive values of Poisson s ratio. The LAM353DA auxetic foam shapes show the values of Poisson s ration at the level of -0.100 with the compression ratio of approx. 2. The D30130A auxetic foam shapes show the lowest values of Poisson s ratio in the range from -0.100 to -0.150 with the compression ratio changing in the range from 1.9 to 2.5.

The impact of technology on Poisson's ratio of auxetic polyurethane foams 135 In order to obtain the lowest values of Poisson s ratio in the M-Ch-T technological process, the manual foam expansion was applied after each compression stage, after removal of a sample from the chemical reagent, draining and evaporation. Fig. 12 15 present the relationships of the minimum values of Poisson s ratio ν to the volumetric compression ratio R cv for the auxetic foam shapes made with the use of the M-Ch-T method with manual expansion. The figures, for comparison, show the minimum values of Poisson's ratio for shapes made without expansion (circled in blue) and the values after expansion (circled in orange). without expansion with expansion Fig. 12. Relationships of Poisson s ratio to the volumetric compression ratio for the S364MDA auxetic foam shapes made with the use of the M-Ch-T method with and without expansion

136 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski with expansion without expansion Fig. 13. Relationships of Poisson s ratio to the volumetric compression ratio for the V5030A auxetic foam shapes made with the use of the M-Ch-T method with and without expansion without expansion with expansion Fig. 14. Relationships of Poisson s ratio to the volumetric compression ratio for the LAM353DA auxetic foam shapes made with the use of the M-Ch-T method with and without expansion

The impact of technology on Poisson's ratio of auxetic polyurethane foams 137 without expansion with expansion Fig. 15. Relationships of Poisson s ratio to the volumetric compression ratio for the D30130A auxetic foam shapes made with the use of the M-Ch-T method with and without expansion The presented data results in the fact that: the S364MDA auxetic foam shapes made with the use of the M-Ch-T method with expansion show definitely lower minimum values of Poisson s ratio (better auxetic properties) than the shapes made with the use of the M-Ch-T method without expansion for the entire range of the tested compression ratio. For R cv of approx. 2.5, Poisson s ratio for the shapes made with the use of the M-Ch-T method with expansion is within the range from -0.180 to -0.260, while for the shapes made with the use of the M-Ch-T method without expansion, this range is from -0.110 to -0.150. the V5030A auxetic foam shapes were made with the use of the M-Ch-T method with expansion only for the compression ratio values of approx. 1.8. The shapes of this foam made in this manner also show much better auxetic properties than the shapes made with the use of the M-Ch-T method without expansion. For R cv of approx. 1.8, Poisson s ratio for the shapes made with the use of the M-Ch-T method with expansion is within the range from -0.050 to -0.090, while for the shapes made with the use of the M-Ch-T method without expansion, this range is from -0.010 to -0.040.

138 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski the LAM353DA and D30130A auxetic foam shapes made with the applied manual expansion behave similarly as described above. 8. Conclusion The shapes of the S364MD, LAM353D and D30130 foams made with the described M-T method with the compression ratio of approx. 2 do not show auxetic properties. By using manual expansion of the S364MD, V5030, LAM353D and D30130 foams in the manufacturing process of shapes with the use of the M-Ch-T method, it is possible to obtain the lower minimum values of Poisson s ration (improve the auxetic properties). It can be associated with the removal of poor connection between the walls of the foam cells resulting from the chemical reagent action during the softening stages in the technological process. Among the tested auxetic foam shapes, lowest Poisson s ratio was obtained for the S364MDA foam shapes with the compression ratio of approx. 2.5 and it was within the range from -0,180 to -0.260. The presented relationships of Poisson s ratio to deformation with compression up to 30% results in the fact that the S364MDA auxetic foam shape with the compression ratio of 2 is characterised by the flattest course of Poisson s ratio. In the shape with the compression ratio of 2.5, the intermediate state is visible; the lowest value of Poisson s value was obtained with deformation of 3%. The greatest changes of Poisson's ratio occur for the shape with the compression ratio of 3. At 30% deformation, it reaches the value of -0.05, which can result from the rapidly decreasing free space for the collapse of cells in the foam volume. The research was implemented within the framework of the completed project Modern material technologies used in the aircraft industry [ Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym ], No. POIG.01.01.02-00-015/08-00 in the Operational Programme Innovative Economy (PO IG). The project was co-financed by the European Union, from the European Regional Development Fund. References 1. Alderson A., Alderson K., Davies P., Smart G: A process for the preparation of auxetic foams, EP 2042252A1, 2009. 2. Bianchi M., Scarpa F.L.: A method of manufacturing a foam, EP 2319674 A1, 2011.

The impact of technology on Poisson's ratio of auxetic polyurethane foams 139 3. Bianchi M., Scarpa F.L., Banse M., Smith C.W.: Novel generation of auxetic open cell foams for curved and arbitrary shapes. Acta Materialia 59, 2011. 4. Bianchi M., Scarpa F.L., Smith C.W., Whittell G.R.: Physical and thermal effects on the sharpe memory behavior of auxetic open cell foams. Journal of Materials Science, Vol. 45, 2010. 5. Bianchi M., Scarpa F. L., Smith C.W., Stiffness and energy dissipation in polyurethane auxetic foams. Journal of Materials Science, Vol. 43, 2008. 6. Chan N., Evans K. E. Fabrication methods for auxetic foams, Journal of Materials Science, Vol. 32, No. 21, 1997. 7. Ducan O., Allen T., Foster L., Senior T. Alderson A.: Fabrication, characterisation and modelling of uniform and gradient auxetic foam sheets, Acta Materialia, 126, 2017. 8. Grima J.N., Attard A., Gatt R.: A novel process for the manufacture of auxetic foams and for the conversion of auxetic foam to conventional form, WO/2010/049511, 2010. 9. Grima J.N., Attard A., Gatt R., Cassar N.R.: A novel process for the manufacture of auxetic foams and for their re-conversion to conventional form, Advanced Engineering Materials, Vol.11(7), 2009. 10. http://www.eurofoam.pl/sites/default/files/pianki_s_.pdf 11. http://www.eurofoam.pl/sites/default/files/pianki_v.pdf 12. Lakes R.S.: Foam structure with a negative Poisson s ratio. Science, Vol. 235, No. 27, 1987. 13. Lakes R. S., Loureiro M.A.: Scale-up of negative poisson's ratio foams, WO/1999/025530, 1999. 14. Lakes R.S., Witt R., Making and characterizing negative Poisson s ratio materials, International Journal of Mechanical Engineering Education, Vol. 30, No.1, 2000. 15. Lakes R., Wojciechowski K.W.: Negative compressibility, negative Poisson s ratio, and stability, Physica. Status Solidi (b), 245, No. 3, 2008. 16. Li J., Zeng C.: On the successful fabrication of auxetic polyurethane foams: Materials requirement, processing strategy and conversion mechanism, Polymer, 87, 2016. 17. Lisiecki J., Sposób wyznaczania współczynnika Poissona pianki auksetycznej, zwłaszcza gradialnej [Method for determination of Poisson s ration of the auxetic foam, especially with a gradient ratio], PLP225741, 2015. 18. Lisiecki J., Auxetic polyurethane foams method for determining a softening point. Aviation Advances & Maintenance, Vol. 40, Iss. 2, 2017. 19. Lisiecki J., Sposób wyznaczania temperatury mięknienia elastycznych pianek poliuretanowych jako temperatury trwałego odkształcenia [Method for determination of the softening temperature of flexible polyurethane foams as permanent deformation temperature], PLP227034, 2014. 20. Lisiecki J., Błażejewicz T., Kłysz S., Dragan K.: Sposób wytwarzania pianki auksetycznej [Method for the auxetic foam production], PLP221936, 2013. 21. Lisiecki J., Kłysz S., Błażejewicz T., Gmurczyk G., Reymer P.: Tomographic examination of auxetic polyurethane foam structures, Physica Status. Solidi (b), 251, No. 2, 2014. 22. Pastorino P., Scarpa F., Patsias S., Yates J.R., Haake S.J., Ruzzene M.: Strain rate dependence of stiffness and Poisson s ratio of auksetic open cell PU foams. Physica Status. Solidi (b), 244, No. 3, 2007.

140 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski 23. Sanamia M., Raviralaa N., Alderson K., Alderson K.: Auxetic materials for sports applications, Procedia Engineering 72, 2014. 24. Smith C.W., Grima J.N., Evans K.E.: A novel mechanism for generating auxetic behavior in reticulated foams: missing rib foam model. Acta Materialia, Vol. 48, 2000. 25. Stręk A.M.: Production and study of polyether auxetic foam. Mechanics and Control, Vol. 29, No. 2, 2010. 26. Wang Y.C., Lakes R.S., Butenhoff A.: Influence of cell size on re-entrant transformation of negative poisson's ratio reticulated polyurethane foams, Cellular Polymers, Vol. 20, 2001. 27. Zahra T., Dhanasekar H.: Characterisation of cementitious polymer moratar-auxetic foam composites, Construction and Building Materials, 147, 2017.

Wpływ technologii na współczynnik Poissona auksetycznych pianek... 141 Wpływ technologii na współczynnik Poissona auksetycznych pianek poliuretanowych 1. Wstęp Poliuretanowe pianki auksetyczne powstające w wyniku przetwarzania tradycyjnej pianki poliuretanowej są wytwarzane dwiema podstawowymi metodami: mechaniczno-termiczną i mechaniczno-chemiczno-termiczną. W metodzie mechaniczno-termicznej (M-T) piankę poliuretanową ściska się jednoosiowo lub trzyosiowo w jednym lub kilku etapach, a następnie stabilizuje się skompresowaną strukturę, wygrzewając w temperaturze poniżej temperatury mięknienia [1 3, 6, 12, 14, 15, 23, 25, 26]. W metodzie mechaniczno-chemiczno-termicznej (M-Ch-T) piankę poliuretanową ściska się z reguły trzyosiowo, następnie zmiękcza w odczynniku chemicznym i utrwala powstałą strukturę w temperaturze bliskiej temperatury mięknienia [8, 9, 20]. Drugą opcją jest pierwotne zmiękczenie pianki w odczynniku chemicznym, a następnie kompresja trzyosiowa i termiczne utrwalanie struktury [8]. 2. Metody pomiaru współczynnika Poissona poliuretanowych pianek auksetycznych Współczynnik Poissona jest właściwością mechaniczną materiału, stałą materiałową, określaną z reguły w jego zakresie sprężystym. Jest to stosunek odkształcenia poprzecznego do odkształcenia podłużnego przy osiowym stanie naprężenia. Współczynnik Poissona jest wielkością bezwymiarową określającą sposób odkształcania się materiału. Jeżeli w przypadku materiału izotropowego w rozpatrywanym punkcie ciała wyróżnimy kierunek m i jeżeli w tym punkcie jedynie naprężenie σm 0 (zaś pozostałe składowe naprężenia są równe zero), to współczynnik Poissona: ε n ν = ε gdzie: ε odkształcenie, n kierunek prostopadły do m. m

142 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski W pierwszych badaniach nad poliuretanowymi piankami auksetycznymi pomiar współczynnika Poissona wykonywano na próbkach w kształcie kostki, z naniesionymi znacznikami, stanowiącej wycięty fragment większego bloku [13]. Kostkę umieszczano i ściskano pomiędzy dwiema pionowymi płytami stałą oraz ruchomą, pokrytymi środkiem poślizgowym. Następnie, odkształcenia próbki w kierunku poprzecznym i podłużnym wyznaczano za pomocą skalibrowanego przymiaru o rozdzielczości 0,8 mm. Obecnie współczynnik Poissona takich materiałów na próbkach w postaci kolumny o podstawie kwadratu lub koła wyznacza się zwykle podczas rozciągania, mierząc odkształcenie próbki w kierunku poprzecznym i podłużnym za pomocą wideoekstensometru [4, 5, 16, 24], a także podczas ściskania, stosując kamerę cyfrową [7, 22, 27]. Pianka auksetyczna w kształcie prostopadłościanu wykonana metodą trzyosiowego ściskania do uzyskania określonego współczynnika kompresji jest zawsze niejednorodna ze względu na występującą zmianę gęstości pianki w kierunku środka. Największa zmiana gęstości występuje wzdłuż przekątnych kształtki próbki [21]. O wartości współczynnika Poissona takiej kształtki decyduje również miejsce pobrania próbki z bloku poliuretanowego, gdyż lokalnie taki blok nie jest jednorodny. W związku z tym, współczynnik Poissona będzie zależał od kierunku pomiaru, a jednorazowy pomiar takich kształtek może być obarczony znacznym błędem. 3. Metoda określenia współczynnika Poissona pianek poliuretanowych 3.1. Metoda pomiaru W przeprowadzonych przez autorów badaniach współczynnik Poissona pianek poliuretanowych o wymiarach 150x150x50 mm wyznaczano w ten sposób, że próbkę w kształcie prostopadłościanu z umocowanymi czterema znacznikami na każdej z obu ścian o największej powierzchni układano na gładkiej poziomej płycie szklanej, opierając ją jednym bokiem o gładką płytę pionową zamocowaną do czujnika siły. Znaczniki ułożono pod kątem 90 wzdłuż linii środkowych próbki tak, że jedna para była umocowana w kierunku podłużnym, a druga w kierunku poprzecznym w odległości ok. 15 mm od brzegów ścian. Przeciwległy bok próbki naciskano za pomocą ruchomej pionowej, gładkiej płyty, zamocowanej do tłoka siłownika, z prędkością 10 mm/min, mierząc odległości jednocześnie pomiędzy parami znaczników za pomocą wideoekstensometru do momentu uzyskania

Wpływ technologii na współczynnik Poissona auksetycznych pianek... 143 założonej wartości odkształcenia. Powierzchnie wszystkich płyt były pokryte środkiem poślizgowym. Następnie ruchomą płytę przesuwano do położenia początkowego i pozostawiano próbkę pomiędzy płytami pionowymi na czas wystarczająco długi, aby osiągnęła wymiary początkowe. Następnie próbkę obracano o kąt 90 w płaszczyźnie pomiaru tak, że para znaczników ułożonych w kierunku podłużnym układała się w kierunku poprzecznym, a para znaczników ułożonych w kierunku poprzecznym układała się w kierunku podłużnym, i ponownie ściskano z tą samą prędkością do uzyskania założonej wartości odkształcenia. Ruchomą płytę przesuwano ponownie do położenia początkowego i pozostawiano próbkę do osiągnięcia wymiarów początkowych. Pomiar ten powtarzano na przeciwległej ścianie z umocowanymi czterema znacznikami. Współczynnik Poissona wyznaczano jako średnią z czterech wyznaczonych ekstremalnych wartości na obu ścianach próbki. Uzyskano w ten sposób możliwość wyznaczenia uśrednionego powierzchniowego współczynnika Poissona przy ściskaniu na obu ścianach [17]. 3.2. Stanowisko do pomiaru współczynnika Poissona Współczynnik Poissona wyznaczono z pomiaru odkształceń próbki/kształtki w kierunku podłużnym i poprzecznym do osi podłużnej próbki za pomocą wideoekstensometru. Próbki/kształtki ściskano wzdłuż osi podłużnej. Pary znaczników w postaci czarno-białych pasków naklejano na powierzchni próbek w odległości ok. 120 mm między znacznikami każdej pary. Kamerę wideoekstensometru ustawiono tak, aby oś obiektywu była prostopadła do powierzchni próbki, dzięki czemu kamera widziała ostro wszystkie znaczniki. Na rys. 1 pokazano obraz pianki podczas pomiaru na ekranie monitora komputera z zainstalowanym programem WinextNG 1. Z lewej strony widoczne są bieżące wartości odległości pomiędzy parami znaczników. Pomiary wydłużenia (skrócenia) wykonywano w zakresie odkształceń podłużnych od 0 do 30%. 1 J. Lisiecki, S. Kłysz, T. Błażejewicz, S. Klimaszewski, G. Gmurczyk, P. Reymer: Badanie elastycznej pianki poliuretanowej o ujemnym współczynniku Poissona; Badania wpływu sposobu zagęszczania kształtek pianki auksetycznej na współczynnik Poissona i właściwości użytkowe cz. I. Sprawozdanie ITWL nr SP-147/31/2012, grudzień 2012.

144 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski Rys. 1. Wyznaczanie współczynnika Poissona pianki za pomocą wideoekstensometru 4. Próbki do badań Do wyznaczenia współczynnika Poissona wybrano pianki poliuretanowe o symbolach: S364MD, V5030, LAM 353D i D30130 produkcji firmy Eurofoam Polska Sp. z o.o. Pianki charakteryzowały się właściwościami podanymi w tabeli 1. Właściwości wybranych pianek poliuretanowych [10,11] Tabela 1 Właściwości Gęstość pozorna [kg/m 3 ] Wytrzymałość na rozciąganie [kpa] Liczba komórek szt./cm na cal Sztywność 40% [kpa] Odkształcenie trwałe [%] Typ pianki S364MD V5030 LAM353D D30130 31 35 43 50 31,5 34 25 29 130 50 130 110 17±3 brak danych producenta 16±3 brak danych producenta 3,8 5 2,6 3,4 3,8 5 2,5 4 10* 5** 5 8 * Odkształcenie trwałe 50% (22h/70 C), ** odkształcenie trwałe 75%.

Wpływ technologii na współczynnik Poissona auksetycznych pianek... 145 Próbki pianek poliuretanowych o wymiarach 150x150x50 mm do pomiaru współczynnika Poissona wycinano mechanicznie z bloków pianki. Kształtki pianki auksetycznej wykonano o różnych współczynnikach kompresji R cv (współczynnik kompresji jest to stosunek objętości kształtki przed przetwarzaniem do objętości kształtki auksetycznej), stosując zestaw form (z prostokątnymi otworami w ścianach) o wymiarach: 216x216x72; 192x192x64; 170x170x56; 150x150x50 mm. Kształtki pianki auksetycznej o wymiarach 150x150x50 mm wykonywano metodą M-T w następujący sposób: wycinanie mechaniczne kształtki o wymiarach ok. 180x180x65 mm z bloku pianki poliuretanowej, umieszczenie w formie o wymiarach 150x150x50 mm (kompresja trzyosiowa), wygrzewanie w suszarce poniżej temperatury mięknienia określonej metodą opisaną w [18, 19] w czasie ok. 20 minut, wyjęcie z suszarki, studzenie do temperatury otoczenia, wyjęcie z formy i ręczne rozprężenie kształtki, kompresja trzyosiowa w formie o wymiarach 150x150x50 mm, wygrzewanie w suszarce poniżej temperatury mięknienia określonej metodą opisaną w [18, 19] w czasie ok. 35 minut, wyjęcie z suszarki i studzenie do temperatury otoczenia. Kształtki pianki auksetycznej o wymiarach 150x150x50 mm wykonywano metodą M-Ch-T w następujący sposób: wycinanie mechaniczne z bloku pianki poliuretanowej kształtki o wymiarach zależnych od założonego współczynnika kompresji od ok. 180x180x65 mm dla R cv = 1,9 do ok. 229x229x77 mm dla R cv = 3,8, umieszczenie kształtki w formie o wielkości odpowiednio mniejszej od kształtki, zmiękczanie w odczynniku chemicznym, odsączanie i pozostawienie do wyschnięcia w warunkach otoczenia, wyjęcie z formy i jeśli założono ręczne rozprężanie, kompresja trzyosiowa w formie o wielkości o jeden stopień mniejszej od poprzedniej lub w formie docelowej o wymiarach 150x150x50 mm, zmiękczanie w odczynniku chemicznym, odsączanie i pozostawienie do wyschnięcia w warunkach otoczenia, wyjęcie z formy i jeśli założono ręczne rozprężanie, kompresja trzyosiowa w formie o wymiarach 150x150x50 mm, zmiękczanie w odczynniku chemicznym, odsączanie i pozostawienie do wyschnięcia w warunkach otoczenia,

146 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski wyjęcie z formy i jeśli założono ręczne rozprężanie, kompresja trzyosiowa w formie o wymiarach 150x150x50 mm, wygrzewanie w suszarce poniżej temperatury mięknienia określonej metodą opisaną w [18, 19], wyjęcie z suszarki i studzenie do temperatury otoczenia. Kształtki pianki auksetycznej wykonywane powyższymi metodami oznaczano symbolem pianki poliuretanowej, z której je wykonano z dodatkową literą A. Kształtki posiadają charakterystyczne wypustki odwzorowujące otwory w ścianach formy, które usuwano mechanicznie. 5. Współczynnik Poissona pianek poliuretanowych W tabeli 2 podano wartości współczynnika Poissona wyznaczone w zakresie odkształceń podłużnych przy ściskaniu 1 2%. Na rys. 2 pokazano przebiegi współczynnika Poissona od odkształcenia przy ściskaniu do 30% dla badanych pianek. Współczynnik Poissona wybranych pianek poliuretanowych 2, 3 Właściwości Współczynnik Poissona ν Typ pianki Tabela 2 S364MD V5030 LAM353D D30130 0,37 0,39 0,29 0,33 2 Tamże. 3 J. Lisiecki, S. Kłysz, T. Błażejewicz, S. Klimaszewski, G. Gmurczyk, P. Reymer: Badanie elastycznej pianki poliuretanowej o ujemnym współczynniku Poissona; Wykonanie, wyznaczenie charakterystyk termicznych i badania wytrzymałościowe kształtek auksetycznych 150 150 50 mm z pianki poliuretanowej polieterowej trudnopalnej. Sprawozdanie ITWL nr SP-59/31/2013, marzec 2013.

Wpływ technologii na współczynnik Poissona auksetycznych pianek... 147 Rys. 2. Zależności współczynnika Poissona od odkształcenia przy ściskaniu próbek LAM353D, D30130, V5030 i S364MD Z przedstawionych na rys. 4 przebiegów zależności współczynnika Poissona od odkształcenia wynika, że współczynnik ten maleje ze wzrostem odkształcenia. Wzrost współczynnika Poissona przy odkształceniu powyżej 10% dla pianki LAM353D i powyżej 20% dla pianki D30130 wynika z wyboczenia się pianki w kierunku kamery wideoekstensometru podczas pomiaru i nie jest właściwością materiału. 6. Współczynnik Poissona poliuretanowych pianek auksetycznych Przykładową kształtkę pianki auksetycznej S364MDA na stanowisku pomiarowym poddaną odkształceniu ściskającemu 30% pokazano na rys. 3.

148 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski Rys. 3. Widok kształtki auksetycznej S364MDA na stanowisku podczas badania; odkształcenie 30% 4 Na rys. 4 pokazano przykładowe przebiegi współczynnika Poissona od odkształcenia ściskającego do 30% dla kształtek pianki auksetycznej S364MDA o różnych współczynnikach kompresji, wyznaczone zgodnie z metodą opisaną w p. 3.1. 4 J. Lisiecki, S. Kłysz, T. Błażejewicz, S. Klimaszewski, G. Gmurczyk, P. Reymer: Badanie elastycznej pianki poliuretanowej o ujemnym współczynniku Poissona; Badania użytkowe kształtek auksetycznych 150 150 50 mm z pianki poliuretanowej polieterowej trudnopalnej. Sprawozdanie ITWL nr SP-92/31/2013, czerwiec 2013.

Wpływ technologii na współczynnik Poissona auksetycznych pianek... 149 a) b)

150 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski c) Rys. 4. Przykładowe przebiegi współczynnika Poissona od odkształcenia dla kształtki auksetycznej S364MDA o współczynniku kompresji: a) 2; b) 2,5; c) 3 Z przedstawionych przebiegów wynika, że kształtka pianki auksetycznej o współczynniku kompresji 2 charakteryzuje się najbardziej płaskim przebiegiem współczynnika Poissona w zależności od odkształcenia ściskającego do 30%. W kształtce o współczynniku kompresji 2 widoczny jest stan pośredni przy uzyskanej najmniejszej wartości współczynnika Poissona przy odkształceniu na poziomie 3%. Największe zmiany współczynnika Poissona obserwowano dla kształtki o współczynniku kompresji 3. Dla 30% odkształcenia osiąga on wartości na poziomie -0,05, co jest związane z szybko malejącą wolną przestrzenią do zapadania się komórek w objętości kształtki. 7. Wpływ technologii na współczynnik Poissona poliuretanowych pianek auksetycznych Zależności współczynnika Poissona ν od współczynnika kompresji objętościowej R cv pokazano na rys. 5 7. Na rysunkach przedstawiono wartości minimalne oraz wartości dla odkształcenia podłużnego przy ściskaniu 30%.

Wpływ technologii na współczynnik Poissona auksetycznych pianek... 151 Rys. 5. Zależności współczynnika Poissona od współczynnika kompresji objętościowej dla kształtek pianki auksetycznej S364MDA wykonanych metodą M-T i M-Ch-T Rys. 6. Zależności współczynnika Poissona od współczynnika kompresji objętościowej dla kształtek pianki auksetycznej LAM353DA wykonanych metodą M-T i M-Ch-T

152 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski Rys. 7. Zależności współczynnika Poissona od współczynnika kompresji objętościowej dla kształtek pianki auksetycznej D30130A wykonanych metodą M-T i M-Ch-T Z przedstawionych zależności wynika, że z wybranych pianek poliuretanowych S364MD, LAM353D i D30130 nie można uzyskać kształtek o ujemnym współczynniku Poissona w technologii M-T opisanej w p. 4. Na rys. 8 11 przedstawiono zależności współczynnika Poissona ν od współczynnika kompresji objętościowej R cv dla kształtek pianki auksetycznej wykonanych z pianek poliuretanowych S364MD, V5030, LAM353D i D30130 metodą M-Ch-T opisaną w p. 4. Na rysunkach pokazano wartości minimalne zakreślone na brązowo, oraz wartości przy odkształceniu podłużnym ściskającym 30%, zakreślone na zielono.

Wpływ technologii na współczynnik Poissona auksetycznych pianek... 153 Rys. 8. Zależności współczynnika Poissona od współczynnika kompresji objętościowej dla kształtek pianki auksetycznej S364MDA wykonanych metodą M-Ch-T Rys. 9. Zależności współczynnika Poissona od współczynnika kompresji objętościowej dla kształtek pianki auksetycznej V5030A wykonanych metodą M-Ch-T

154 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski Rys. 10. Zależności współczynnika Poissona od współczynnika kompresji objętościowej dla kształtek pianki auksetycznej LAM353DA wykonanych metodą M-Ch-T Rys. 11. Zależności współczynnika Poissona od współczynnika kompresji objętościowej dla kształtek pianki auksetycznej D30130A wykonanych metodą M-Ch-T

Wpływ technologii na współczynnik Poissona auksetycznych pianek... 155 Z przedstawionych danych wynika, że: Kształtki pianki auksetycznej S364MDA wykazują najniższą wartość współczynnika Poissona (najlepsze własności auksetyczne) dla współczynnika kompresji o wartości ok. 2,5. Wraz ze wzrostem współczynnika kompresji wartości współczynnika Poissona rosną i dla R cv równego ok. 3,5 osiągają wartości bliskie zera. Odkształcenie kształtki do 30% przy tej wartości współczynnika kompresji wywołuje już dodatnie wartości współczynnika Poissona. Kształtki pianki auksetycznej V5030A wykazują wartości współczynnika Poissona powyżej -0,100 i najniższe wartości (najlepsze własności auksetyczne) dla mniejszego badanego współczynnika kompresji o wartości ok. 1,8. Już dla R cv o wartości ok. 2,5 współczynnik Poissona osiąga wartości bliskie zera. Odkształcenie kształtki do 30% już przy wartości współczynnika kompresji ok. 2 wywołuje dodatnie wartości współczynnika Poissona. Kształtki pianki auksetycznej LAM353DA wykazują wartości współczynnika Poissona na poziomie -0,100 przy współczynniku kompresji o wartości ok. 2. Kształtki pianki auksetycznej D30130A wykazują najniższe wartości współczynnika Poissona w zakresie od -0,100 do -0,150 przy współczynniku kompresji zmieniającym się w zakresie od 1,9 do 2,5. W celu uzyskania jak najniższych wartości współczynnika Poissona w procesie technologicznym M-Ch-T zastosowano ręczne rozprężanie pianki po każdym etapie kompresji, po wyjęciu próbki z odczynnika chemicznego, odsączeniu i odparowaniu. Na rys. 12 15 przedstawiono zależności minimalnych wartości współczynnika Poissona ν od współczynnika kompresji objętościowej R cv dla kształtek pianki auksetycznej wykonanych metodą M-Ch-T z ręcznym rozprężaniem. Na rysunkach dla porównania pokazano wartości minimalne współczynnika Poissona dla kształtek wykonanych bez rozprężania (zakreślone na niebiesko) i wartości po rozprężaniu (zakreślone na pomarańczowo).

156 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski Rys. 12. Zależności współczynnika Poissona od współczynnika kompresji objętościowej dla kształtek pianki auksetycznej S364MDA wykonanych metodą M-Ch-T z rozprężaniem i bez Rys. 13. Zależności współczynnika Poissona od współczynnika kompresji objętościowej dla kształtek pianki auksetycznej V5030A wykonanych metodą M-Ch-T z rozprężaniem i bez

Wpływ technologii na współczynnik Poissona auksetycznych pianek... 157 Rys. 14. Zależności współczynnika Poissona od współczynnika kompresji objętościowej dla kształtek pianki auksetycznej LAM353DA wykonanych metodą M-Ch-T z rozprężaniem i bez Rys. 15. Zależności współczynnika Poissona od współczynnika kompresji objętościowej dla kształtek pianki auksetycznej D30130A wykonanych metodą M-Ch-T z rozprężaniem i bez

158 Janusz Lisiecki, Dominik Nowakowski Z przedstawionych danych wynika, że: Kształtki pianki auksetycznej S364MDA wykonane metodą M-Ch-T z rozprężaniem wykazują zdecydowanie niższe minimalne wartości współczynnika Poissona (lepsze własności auksetyczne) od kształtek wykonanych metodą M-Ch-T bez rozprężania dla całego zakresu badanego współczynnika kompresji. Dla R cv równego ok. 2,5 współczynnik Poissona dla kształtek wykonanych metodą M-Ch-T z rozprężaniem mieści się w zakresie od -0,180 do -0,260, podczas gdy dla kształtek wykonanych metodą M-Ch-T bez rozprężania zakres ten wynosi od -0,110 do -0,150. Kształtki pianki auksetycznej V5030A wykonano metodą M-Ch-T z rozprężaniem tylko dla wartości współczynnika kompresji ok. 1,8. Tak wykonane kształtki z tej pianki również wykazują zdecydowanie lepsze własności auksetyczne od kształtek wykonanych metodą M-Ch-T bez rozprężania. Dla R cv równego ok. 1,8 współczynnik Poissona dla kształtek wykonanych metodą M-Ch-T z rozprężaniem mieści się w zakresie od -0,050 do -0,090, podczas gdy dla kształtek wykonanych metodą M-Ch-T bez rozprężania zakres ten wynosi od -0,010 do -0,040. Kształtki pianki auksetycznej LAM353DA i D30130A wykonane z zastosowaniem ręcznego rozprężania zachowują się podobnie, jak opisano wyżej. 8. Podsumowanie Kształtki z pianek S364MD, LAM353D i D30130 wykonane opisaną metodą M-T przy współczynniku kompresji ok. 2 nie wykazują własności auksetycznych. Stosując rozprężanie ręczne pianek S364MD, V5030, LAM353D i D30130 w procesie wytwarzania kształtek metodą M-Ch-T, można uzyskać mniejsze minimalne wartości współczynnika Poissona (poprawić własności auksetyczne). Może to być związane z usuwaniem słabych połączeń pomiędzy ściankami komórek pianki powstałych w wyniku działania odczynnika chemicznego podczas etapów zmiękczania w procesie technologicznym. Spośród badanych kształtek pianki auksetycznej najniższy współczynnik Poissona uzyskano dla kształtek pianki S364MDA przy współczynniku kompresji ok. 2,5 i mieścił się on w zakresie od -0,180 do -0,260. Z przedstawionych zależności współczynnika Poissona od odkształcenia przy ściskaniu do 30% wynika, że kształtka pianki auksetycznej S364MDA o współczynniku kompresji 2 charakteryzuje się najbardziej płaskim przebiegiem współczynnika Poissona. W kształtce o współczynniku kompresji 2,5 widoczny jest stan pośredni; najmniejszą wartość współczynnika Poissona uzyskano przy

Wpływ technologii na współczynnik Poissona auksetycznych pianek... 159 odkształceniu na poziomie 3%. Największe zmiany współczynnika Poissona występują dla kształtki o współczynniku kompresji 3. Przy odkształceniu 30% osiąga on wartości na poziomie -0,05, co może wynikać z szybko malejącej wolnej przestrzeni do zapadania się komórek w objętości pianki. Badania były realizowane w ramach zakończonego projektu "Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym", nr POIG.01.01.02-00- 015/08-00 w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka (PO IG). Projekt był współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. Literatura 1. Alderson A., Alderson K., Davies P., Smart G: A process for the preparation of auxetic foams, EP 2042252A1, 2009. 2. Bianchi M., Scarpa F.L.: A method of manufacturing a foam, EP 2319674 A1, 2011. 3. Bianchi M., Scarpa F.L., Banse M., Smith C.W.: Novel generation of auxetic open cell foams for curved and arbitrary shapes. Acta Materialia 59, 2011. 4. Bianchi M., Scarpa F.L., Smith C.W., Whittell G.R.: Physical and thermal effects on the sharpe memory behavior of auxetic open cell foams. Journal of Materials Science, Vol. 45, 2010. 5. Bianchi M., Scarpa F. L., Smith C.W., Stiffness and energy dissipation in polyurethane auxetic foams. Journal of Materials Science, Vol. 43, 2008. 6. Chan N., Evans K. E. Fabrication methods for auxetic foams, Journal of Materials Science, Vol. 32, No. 21, 1997. 7. Ducan O., Allen T., Foster L., Senior T. Alderson A.: Fabrication, characterisation and modelling of uniform and gradient auxetic foam sheets, Acta Materialia, 126, 2017. 8. Grima J.N., Attard A., Gatt R.: A novel process for the manufacture of auxetic foams and for the conversion of auxetic foam to conventional form, WO/2010/049511, 2010. 9. Grima J.N., Attard A., Gatt R., Cassar N.R.: A novel process for the manufacture of auxetic foams and for their re-conversion to conventional form, Advanced Engineering Materials, Vol.11(7), 2009. 10. http://www.eurofoam.pl/sites/default/files/pianki_s_.pdf 11. http://www.eurofoam.pl/sites/default/files/pianki_v.pdf 12. Lakes R.S.: Foam structure with a negative Poisson s ratio. Science, Vol. 235, No. 27, 1987. 13. Lakes R. S., Loureiro M.A.: Scale-up of negative poisson's ratio foams, WO/1999/025530, 1999. 14. Lakes R.S., Witt R., Making and characterizing negative Poisson s ratio materials, International Journal of Mechanical Engineering Education, Vol. 30, No.1, 2000. 15. Lakes R., Wojciechowski K.W.: Negative compressibility, negative Poisson s ratio, and stability, Physica. Status Solidi (b), 245, No. 3, 2008.