Improving the toughness and electrical conductivity of epoxy nanocomposites by using aligned carbon nanofibres

There is an increasing demand for high performance composites with enhanced mechanical and electrical properties. Carbon nanofibres offer a promising solution but their effectiveness has been limited by difficulty in achieving directional alignment. Here we report the use of an alternating current (AC) electric field to align carbon nanofibres in an epoxy. During the cure process of an epoxy resin, carbon nanofibres (CNFs) are observed to rotate and align with the applied electric field, forming a chain-like structure. The fracture energies of the resultant epoxy nanocomposites containing different concentrations of CNFs (up to 1.6wt%) are measured using double cantilever beam specimens. The results show that the addition of 1.6wt% of aligned CNFs increases the electrical conductivity of such nanocomposites by about seven orders of magnitudes to 10^-2S/m and increases the fracture energy, G<inf>Ic&lt;/inf>, by about 1600% from 134 to 2345J/m². A modelling technique is presented to quantify this major increase in the fracture energy with aligned CNFs. The results of this research open up new opportunities to create multi-scale composites with greatly enhanced multifunctional properties.

Fracture behaviour of a rapidly cured polyethersulfone toughened carbon fibre/epoxy composite

An out-of-autoclave rapid heating/low pressure technique has been used to cure polyethersulfone (PES) toughened HexPly 8552. Mode I and mode II tests were conducted to evaluate the fracture toughness of the composites and the effectiveness of cure was determined through thermal analysis. When compared to the autoclave process, the out-of-autoclave process resulted in a 52% reduction in processing time, without any sacrifice to the matrix intrinsic properties. Thermal analysis indicated an 8 °C improvement in glass transition temperature (T_g) as a result of an increased degree of cure. The out-of-autoclave process did lack in the ability to facilitate the removal of porosity which affected the fracture toughness results. The porosity is believed to have increased the mode I propagation fracture toughness. However its effect on mode II was quite deleterious, shown by scanning electron microscopy (SEM). This study managed to identify a number of key parameters associated with the out-of-autoclave process essential for further optimisation.

The Ca(v)2.3 calcium channel antagonist SNX-482 reduces dorsal horn neuronal responses in a rat model of chronic neuropathic pain

Neuropathic pain is a difficult state to treat, characterized by alterations in sensory processing that can include allodynia (touch-evoked pain). Evidence exists for nerve damage-induced plasticity in both transmission and modulatory systems, including changes in voltage-dependent calcium channel (VDCC) expression and function; however, the role of Ca(v)2.3 calcium channels has not clearly been defined. Here, the effects of SNX-482, a selective Ca(v)2.3 antagonist, on sensory transmission at the spinal cord level have been investigated in the rat. The spinal nerve ligation (SNL) model of chronic neuropathic pain [Kim & Chung, (1992) Pain, 50, 355-363] was used to induce mechanical allodynia, as tested on the ipsilateral hindpaw. In vivo electrophysiological measurements of dorsal horn neuronal responses to innocuous and noxious electrical and natural stimuli were made after SNL and compared to sham-operated animals. Spinal SNX-482 (0.5-4 mu g/50 mu L) exerted dose-related inhibitions of noxious C-fibre- and A delta-fibre-mediated neuronal responses in conditions of neuropathy, but not in sham-operated animals. Measures of spinal cord hyperexcitability and nociception were most susceptible to SNX-482. In contrast, non-noxious A beta-mediated responses were not affected by SNX-482. Moreover, responses to innocuous mechanical and also thermal stimuli were more sensitive to SNX-482 in SNL than control animals. This study is the first to demonstrate an antinociceptive role for SNX-482-sensitive channels in dorsal horn neurons during neuropathy. These data are consistent with plasticity in Ca(V)2.3 calcium channel expression and suggest a potential selective target to reduce nociceptive transmission during conditions of nerve damage.

Conformational Polymorphism in Racemic Crystals of the Diuretic Drug Chlortalidone

Chlortalidone (HIGROTON) is a diuretic drug widely used in antihypertensive therapy. Thus far, only two solid-state polymorphs of chlortalidone have been reported. We elucidated the structure of chlortalidone form I and a new polymorph. This new phase, namely, chlortalidone form III, was also entirely characterized. It was possible to conclude that it is a conformer with a different orientation of the chlorobenzenesulfonamide moiety. Compared to form I, it has a rotation of about 90 degrees on the axis of the C-C bond bridging the substituted phenyl and isoindolinyl rings. This conformational feature is related to the crystal packing patterns of the chlortalidone forms. Furthermore, certain intermolecular hydrogen bonds are present in both polymorphs, giving rise to ribbons with chlortalidone enantiomers alternately placed into them. The chlortalidone form I and form III crystallize in the triclinic space group P (1) over bar as racemic mixtures. Additional conformational details also differentiate the chlortalidone conformers. Slight twists on the isoindolinyl and sulfamyl groups exist. Considering all structural relationships, the fingerprint plots derived from the Hirshfeld surfaces exhibited the characteristics of the chlortalidone form I and form III crystal structures.

Form III-like conformation and Form I-like packing in a chloroform channel solvate of the diuretic drug chlortalidone

Chlortalidone (CTD) is an antihypertensive drug for which only two solid state phases have been structurally elucidated thus far. Here, we have prepared a chloroform solvate thereof, namely, CTD Form IV, and its structure was compared to those of Form I and Form III. Its two conformers exhibit a dual structural feature in relation to the antecedent polymorphs. Both CTD molecules of Form IV adopt a Form III-like conformation, which is featured, if the conformation of CTD Form I is used as a reference, by a rotation of about 90 degrees on the axis of the C-C bond bridging the substituted benzene and isoindolinyl rings. However, CTD Form IV assembles as in the Form I crystal packing despite the different stacking fashion of their centrosymmetric dimers. In contrast to Form I, there is no offset stacking in Form IV, which forces a bend of ca. 24 degrees between the planes passing through the isoindolinyl moieties of two [100]-stacked dimers. Chloroform molecules at a maximum stoichiometry of 0.25 mol per mol of the drug play a stabilizing role in the assembly of Form IV by filling the channels formed on the crystals.

Impact de la cécité sur le système nociceptif

La vision joue un rôle très important dans la prévention du danger. La douleur a aussi pour fonction de prévenir les lésions corporelles. Nous avons donc testé l’hypothèse qu’une hypersensibilité à la douleur découlerait de la cécité en guise de compensation sensorielle. En effet, une littérature exhaustive indique qu’une plasticité intermodale s’opère chez les non-voyants, ce qui module à la hausse la sensibilité de leurs sens résiduels. De plus, plusieurs études montrent que la douleur peut être modulée par la vision et par une privation visuelle temporaire. Dans une première étude, nous avons mesuré les seuils de détection thermique et les seuils de douleur chez des aveugles de naissance et des voyants à l’aide d’une thermode qui permet de chauffer ou de refroidir la peau. Les participants ont aussi eu à quantifier la douleur perçue en réponse à des stimuli laser CO2 et à répondre à des questionnaires mesurant leur attitude face à des situations douloureuses de la vie quotidienne. Les résultats obtenus montrent que les aveugles congénitaux ont des seuils de douleur plus bas et des rapports de douleur plus élevés que leurs congénères voyants. De plus, les résultats psychométriques indiquent que les non-voyants sont plus attentifs à la douleur. Dans une deuxième étude, nous avons mesuré l’impact de l'expérience visuelle sur la perception de la douleur en répliquant la première étude dans un échantillon d’aveugles tardifs. Les résultats montrent que ces derniers sont en tous points similaires aux voyants quant à leur sensibilité à la douleur. Dans une troisième étude, nous avons testé les capacités de discrimination de température des aveugles congénitaux, car la détection de changements rapides de température est cruciale pour éviter les brûlures. Il s’est avéré que les aveugles de naissance ont une discrimination de température plus fine et qu’ils sont plus sensibles à la sommation spatiale de la chaleur. Dans une quatrième étude, nous avons examiné la contribution des fibres A∂ et C au traitement nociceptif des non-voyants, car ces récepteurs signalent la première et la deuxième douleur, respectivement. Nous avons observé que les aveugles congénitaux détectent plus facilement et répondent plus rapidement aux sensations générées par l’activation des fibres C. Dans une cinquième et dernière étude, nous avons sondé les changements potentiels qu’entrainerait la perte de vision dans la modulation descendante des intrants nociceptifs en mesurant les effets de l’appréhension d’un stimulus nocif sur la perception de la douleur. Les résultats montrent que, contrairement aux voyants, les aveugles congénitaux voient leur douleur exacerbée par l’incertitude face au danger, suggérant ainsi que la modulation centrale de la douleur est facilitée chez ces derniers. En gros, ces travaux indiquent que l’absence d’expérience visuelle, plutôt que la cécité, entraine une hausse de la sensibilité nociceptive, ce qui apporte une autre dimension au modèle d’intégration multi-sensorielle de la vision et de la douleur.

Impact de la cécité sur le système nociceptif

La vision joue un rôle très important dans la prévention du danger. La douleur a aussi pour fonction de prévenir les lésions corporelles. Nous avons donc testé l’hypothèse qu’une hypersensibilité à la douleur découlerait de la cécité en guise de compensation sensorielle. En effet, une littérature exhaustive indique qu’une plasticité intermodale s’opère chez les non-voyants, ce qui module à la hausse la sensibilité de leurs sens résiduels. De plus, plusieurs études montrent que la douleur peut être modulée par la vision et par une privation visuelle temporaire. Dans une première étude, nous avons mesuré les seuils de détection thermique et les seuils de douleur chez des aveugles de naissance et des voyants à l’aide d’une thermode qui permet de chauffer ou de refroidir la peau. Les participants ont aussi eu à quantifier la douleur perçue en réponse à des stimuli laser CO2 et à répondre à des questionnaires mesurant leur attitude face à des situations douloureuses de la vie quotidienne. Les résultats obtenus montrent que les aveugles congénitaux ont des seuils de douleur plus bas et des rapports de douleur plus élevés que leurs congénères voyants. De plus, les résultats psychométriques indiquent que les non-voyants sont plus attentifs à la douleur. Dans une deuxième étude, nous avons mesuré l’impact de l'expérience visuelle sur la perception de la douleur en répliquant la première étude dans un échantillon d’aveugles tardifs. Les résultats montrent que ces derniers sont en tous points similaires aux voyants quant à leur sensibilité à la douleur. Dans une troisième étude, nous avons testé les capacités de discrimination de température des aveugles congénitaux, car la détection de changements rapides de température est cruciale pour éviter les brûlures. Il s’est avéré que les aveugles de naissance ont une discrimination de température plus fine et qu’ils sont plus sensibles à la sommation spatiale de la chaleur. Dans une quatrième étude, nous avons examiné la contribution des fibres A∂ et C au traitement nociceptif des non-voyants, car ces récepteurs signalent la première et la deuxième douleur, respectivement. Nous avons observé que les aveugles congénitaux détectent plus facilement et répondent plus rapidement aux sensations générées par l’activation des fibres C. Dans une cinquième et dernière étude, nous avons sondé les changements potentiels qu’entrainerait la perte de vision dans la modulation descendante des intrants nociceptifs en mesurant les effets de l’appréhension d’un stimulus nocif sur la perception de la douleur. Les résultats montrent que, contrairement aux voyants, les aveugles congénitaux voient leur douleur exacerbée par l’incertitude face au danger, suggérant ainsi que la modulation centrale de la douleur est facilitée chez ces derniers. En gros, ces travaux indiquent que l’absence d’expérience visuelle, plutôt que la cécité, entraine une hausse de la sensibilité nociceptive, ce qui apporte une autre dimension au modèle d’intégration multi-sensorielle de la vision et de la douleur.

A hybrid embedded cohesive element method for predicting matrix cracking in composites

The complex architecture of many fibre-reinforced composites makes the generation of finite element meshes a labour-intensive process. The embedded element method, which allows the matrix and fibre reinforcement to be meshed separately, offers a computationally efficient approach to reduce the time and cost of meshing. In this paper we present a new approach of introducing cohesive elements into the matrix domain to enable the prediction of matrix cracking using the embedded element method. To validate this approach, experiments were carried out using a modified Double Cantilever Beam with ply drops, with the results being compared with model predictions. Crack deflection was observed at the ply drop region, due to the differences in stiffness, strength and toughness at the bi-material interface. The new modelling technique yields accurate predictions of the failure process in composites, including fracture loads and crack deflection path.

Flexural behaviour of external R/C steel fibre reinforced beam-column joints

A softened strut-and-tie macro model able to reproduce the flexural behaviour of
external beam-column joint is presented. The model is specific for concrete with hooked steel fibres (FRC) and it is designed to calculate the flexural response, as load-deflection curve, of a beam-column sub-assemblages. The model considers the presence of a constant vertical load acting on the column and of a monotonically increasing lateral force applied at the tip of the beam.