Experimental and modeling analysis of the dynamic response of bio-based sandwich structures

La Gran Isla de Basura del Pacifico, el cambio climático y el efecto invernadero son solamente algunas de las consecuencias negativas debidas a la explotación masiva y desconsiderada del petróleo para la producción de materiales sintéticos, como los plásticos. En muchos sectores industriales se emplean ampliamente materiales compuestos que utilizan polímeros sintéticos para la fabricación de matrices y fibras sintéticas, i.e. vidrio, carbono y polímeros, para la fabricación de refuerzos. La polución del aire, del agua y del suelo generadas por la dificultad asociada a la eliminación de estos materiales no biodegradables y la contaminación producida durante su fabricación ha llevado a muchos países a promulgar normativas más restrictivas en el tema de eliminación de la basura y de emisiones gases de efecto invernadero. Existe una tendencia creciente hacia un modelo industrial eco-sostenible, destinada a frenar los efectos dañinos en el medio ambiente. Una de las opciones para alcanzar este modelo es la utilización de materiales de origen natural y de fuentes renovables. Esto tipo de materiales no solo reducen el impacto ambiental del proceso de producción las emisiones de CO2, sino que también facilita la eliminación de los componentes al final de su vida útil gracias a una parcial o total biodegradabilidad. La presente Tesis Doctoral se integra en este contexto de respeto al medio ambiente proponiendo una estructura sándwich compuesta por un núcleo de corcho aglomerado y pieles fabricadas con un laminado de tejido hibrido de fibras de basalto y lino en una matriz de polipropileno. La sustitución de las tradicionales espumas sintéticas, empleadas como núcleos de las estructuras sándwich, por corcho aglomerado permitiría utilizar un material biodegradable y de fuentes renovables. Este material se fabrica a partir de los desechos derivados de la producción de los tapones de corcho permitiendo así un máximo aprovechamiento de los recursos naturales cultivados. Se debe considerar que, además, el corcho aglomerado se caracteriza por poseer algunas propiedades extremadamente ventajosas como un buen aislamiento térmico y acústico, útil en el mundo de las construcciones para mejorar la eficiencia energética de los edificios. Además, este material presenta una impresionante recuperación dimensional, fundamental para asegurar una mayor estabilidad dimensional de la estructura sándwich. Teniendo en cuenta que la optimización del peso y de las propiedades mecánicas es un aspecto fundamental en el diseño de un material sándwich para conseguir una estructura lo más eficiente posible, en este trabajo se ha analizado la influencia de la densidad del corcho aglomerado en las propiedades físicas, térmicas y mecánicas del núcleo y de la estructura sándwich completa estudiando tres corchos aglomerados con tres diferentes densidades. Adicionalmente, el mismo estudio realizado para el corcho fue realizado también para tres espumas de policloruro de vinilo (PVC) ampliamente usadas y de propiedades conocidas que sirven de referencia para resaltar las fortalezas y los puntos débiles del núcleo natural y para demostrar su idoneidad como núcleo en estructuras sándwich. Para las pieles se ha elegido como refuerzo un tejido hibrido de fibras de basalto y lino para mantener lo máximo posible la naturaleza eco-sostenible de la estructura sándwich, evitando el empleo de fibras de vidrio, ampliamente usadas, y utilizando materiales de origen mineral y vegetal y de fuentes renovables. El empleo de la técnica de hibridación permite superar las desventajas relacionadas con el uso de un único tipo de fibra y mejorar la calidad de los laminados explotando el efecto sinérgico relacionado con las fortalezas de ambas fibras. Las fibras de basalto aseguran la consecución de propiedades mecánicas satisfactorias mientras que la presencia de las fibras de lino permite reducir el peso del compuesto confiriéndole también una parcial biodegradabilidad. Aunque las estructuras sándwich sean ampliamente usadas en muchas aplicaciones industriales gracias a sus excelentes propiedades a flexión y a su bajo peso derivados de su peculiar estructura, su vulnerabilidad a los fenómenos de impacto es una de sus limitaciones en aplicaciones estructurales. Por esta razón, el estudio del comportamiento a impacto de las estructuras sándwich, en particular la resistencia y la tolerancia al daño, es fundamental para el conocimiento de los diferentes mecanismos de daño que pueden ocurrir y como estos puedan afectar las prestaciones mecánicas y la capacidad resistente de las estructuras. Teniendo en cuenta esta carencia que afecta las estructuras sándwich, el segundo objetivo de esta tesis es disponer de un conocimiento adecuado del comportamiento a impacto de las estructuras sándwich propuestas, para asegurar su idoneidad en todas aquellas aplicaciones en que la resistencia a impacto tiene que estar incluida en los criterios principales del diseño. Se ha estudiado el comportamiento a impacto de las estructuras sándwich seleccionadas en diferentes condiciones de impacto, en particular punzonamiento, impacto a baja velocidad con soporte CAI (Compression After Impact) e impacto balístico. Los ensayos de punzonamiento y los de impacto a baja velocidad con soporte CAI permitieron evaluar la influencia de las condiciones de contorno de la estructura y la modificación de los mecanismos de deformación y de disipación de la energía. La realización de ensayos de impacto de baja y alta velocidad permitió evaluar el efecto de la masa y la velocidad de impacto de las estructuras. Esta oportuno subrayar que dicho estudio no fue efectuado solamente sobre las estructuras sándwich completas sino también sobre los núcleos y las pieles de manera independiente, para comprender el comportamiento a impacto de las componentes individuales y evaluando la interacción entre ellos en la estructura sándwich completa. Para completar el trabajo, se ha analizado la influencia de la densidad de los núcleos y la temperatura de servicio en la respuesta a impacto de la estructura y de sus diferentes componentes. Se ha realizado un análisis post impacto a través de técnicas no destructivas, como por ejemplo la perfilómetria, para cuantificar la extensión del daño. En vista de la notable influencia ejercida de las cargas dinámicas sobre las estructuras sándwich y teniendo en cuenta las extraordinarias capacidades de recuperación dimensional del corcho y para profundizar en el conocimiento de su comportamiento a compresión, se han realizado ensayos de compresión dinámicas a diferentes velocidades de deformación sobre los núcleos, en torre de caída de peso y en barra Hopkinson, teniendo en cuenta el efecto de varios parámetros como la anisotropía, la temperatura y el número de impactos sucesivos. Este último parámetro es muy importante para conocer el efecto provocado por una acumulación del daño con el paso del tiempo y como resultado de la exposición a varios fenómenos de impacto de menor entidad respecto al efecto causado de un impacto individual de mayor entidad. La elección del polipropileno como matriz polimérica en la fabricación de las pieles está estrechamente relacionada con los dos principales objetivos de la Tesis. Desde la perspectiva del impacto ambiental el polipropileno no es biodegradable, pero siendo un polímero termoplástico puede ser reprocesado y reciclado de manera sencilla al final de la vida útil del componente contrariamente a lo que ocurre con las matrices termoestables que se pueden eliminar solamente como residuos para explotar su valor calorífico. Desde la perspectiva de la resistencia a impacto y de la tolerancia al daño, el uso de una matriz termoplástica dúctil respecto a una termoestable, que es intrínsecamente frágil, permite explotar mecanismos adicionales de disipación de energía, como por ejemplo la plasticidad de la matriz, que pueden prevenir un daño excesivo del componente o su rotura catastrófica. Considerando la pésima adherencia en la interfaz entra las fibras naturales hidrófilas y la matriz hidrófoba y el efecto negativo que este fenómeno presenta en las propiedades mecánicas, se ha decidido estudiar el efecto de un agente de acoplamiento a base de anhídrido maleico sobre las propiedades mecánicas cuasi-estáticas y dinámicas de las pieles y de las estructuras sándwich. Se ha observado que, la mejora de la adhesión entre fibra y matriz resulta positivo para las propiedades cuasi-estáticas, produciendo un incremento en la rigidez y en la resistencia máxima. Sin embargo, la presencia del agente de acoplamiento empeora la respuesta frente a cargas de impacto estructura induciendo una fragilización del compuesto a causa de la inhibición de algunos mecanismos de disipación de la energía. En vista de esto se considera que, el uso del agente de acoplamiento tiene que ser evaluado de manera específica en función de la aplicación de la estructura sándwich. Por último, se ha realizado a una modelización numérica empleando un código comercial de elementos finitos tanto del núcleo corcho como del núcleo de espuma de PVC. El objetivo con este modelo es demostrar que es posible utilizar modelos simples que permitan predecir la respuesta de las estructuras y aumentar así su utilización a escala industrial donde se prefiere el empleo de materiales conocidos para reducir potenciales contraindicaciones y donde la posibilidad de predecir el comportamiento de un material a través de una simulación numérica permite reducir considerablemente los costes de producción.Il Great Pacific Garbage Patch, i cambiamenti climatici, l’effetto serra sono solo alcuni dei risvolti negativi dovuti allo sconsiderato sfruttamento del petrolio e dei prodotti chimici nella produzione di materiali sintetici, come le plastiche e le fibre di rinforzo dei materiali compositi, largamente impiegati nei più svariati settori industriali e nella produzione di massa. La contaminazione dell’aria, dell’acqua e del suolo risultante dalle ingenti emissioni di agenti inquinanti e dalle difficoltà connesse con lo smaltimento di questi materiali non biodegradabili, ha spinto molti paesi ad emanare normative sempre più restrittive in materia di smaltimento dei rifiuti ed emissioni. Questo orientamento green, volto a contrastare gli effetti dannosi sull’ambiente causati dalla produzione industriale, incoraggia lo sfruttamento di materiali provenienti da fonti rinnovabili al fine di ridurre le emissioni di CO2 e, quindi, l’impatto ambientale del processo produttivo e di facilitare lo smaltimento del componente a fine ciclo vita grazie ad una parziale o totale biodegradabilità. Il seguente lavoro si inserisce in questo contesto ecosolidale proponendo una struttura sandwich green prodotta con core in sughero agglomerato e pelli in polipropilene rinforzato con tessuto ibrido basalto-lino. La sostituzione delle tradizionali schiume sintetiche, impiegate come core, con il sughero agglomerato consentirebbe lo sfruttamento di un materiale biodegradabile e da fonte rinnovabile approfittando degli scarti provenienti dalla produzione dei tappi di sughero che altrimenti andrebbero persi consentendo, tra l’altro, il pieno utilizzo del materiale coltivato. È inoltre necessario considerare che il sughero agglomerato presenta alcune caratteristiche estremamente vantaggiose come un buon isolamento termico ed acustico, utili nel mondo dell’edilizia per migliorare l’efficienza energetica degli edifici, e un eccezionale recupero dimensionale fondamentale per assicurare una maggior stabilità dimensionale alla struttura sandwich con esso prodotta. Considerando che l’ottimizzazione del peso e delle proprietà meccaniche è un aspetto chiave nella progettazione dei compositi sandwich per ottenere la struttura più performante possibile, si è affrontata l’influenza esercitata dalla densità del sughero agglomerato sulle proprietà fisiche, termiche e meccaniche del solo core e della struttura complessiva attraverso lo studio di tre sugheri agglomerati caratterizzati per l’appunto da una diversa densità. In aggiunta, la stessa campagna sperimentale effettuata sul sughero è stata realizzata anche su tre schiume in polivinilcloruro (PVC) con caratteristiche note e consolidate in modo tale che fungessero da riferimento e consentissero di evidenziare i punti di forza e di debolezza del materiale naturale nonché di legittimarne l’idoneità come materiale core. Anche la selezione del tessuto ibrido basalto-lino come rinforzo per le pelli è da attribuire alla volontà di mantenere il più possibile la natura ecosolidale del composito sandwich evitando di ricorrere alle fibre di vetro, già massicciamente impiegate, e sfruttando materiale di origine minerale e vegetale e quindi da fonte rinnovabile. Peraltro, l’impiego della tecnica dell’ibridizzazione consente di superare gli svantaggi connessi con l’uso del singolo tipo di fibra e di migliorare la qualità del laminato sfruttando l’effetto sinergico connesso ai punti di forza di ambedue. Nel caso specifico le fibre di basalto assicurano il raggiungimento di proprietà meccaniche soddisfacenti mentre la presenza del lino consente di ridurre il peso del composito conferendogli anche una parziale biodegradabilità. Nonostante i compositi sandwich risultino insostituibili in molte applicazioni industriali grazie alle incomparabili proprietà flessionali e il basso peso attribuibili alla loro peculiare struttura, la loro vulnerabilità ad eventi di impatto ne impedisce una diffusione su larga scala. La compromissione dell’integrità e della stabilità strutturale dovuta all’impatto e la conseguente riduzione delle proprietà meccaniche residue tende a rendere queste strutture meno affidabili. Per tale ragione, lo studio del comportamento ad impatto dei compositi sandwich, e in particolare la loro resistenza e tolleranza al danno, risulta fondamentale per comprendere gli innumerevoli meccanismi di danneggiamento che possono intervenire e come gli stessi influenzino le prestazioni meccaniche e le capacità portante della struttura. In considerazione di questa carenza che affligge le strutture composite sandwich, il secondo scopo di questo lavoro è fornire un’accurata caratterizzazione del comportamento ad impatto dei nuovi biocompositi proposti per assicurarne l’idoneità in tutte quelle applicazioni industriali in cui la resistenza all’impatto deve essere inclusa tra i criteri principali di progetto. Varie condizioni di impatto sono stata considerate, in particolare impatto puncture, impatto con supporto CAI (Compression After Impact) e impatto balistico, al fine di presentare una caratterizzazione più accurata possibile del comportamento ad impatto delle strutture composite in studio. L’esecuzione dei test di tipo puncture e di tipo CAI ha consentito di valutare l’influenza esercitata dalle condizioni a contorno del supporto e la conseguente alterazione dei meccanismi di deformazione e di dissipazione dell’energia da esso derivanti mentre i test di impatto balistico hanno consentito di valutare l’effetto della massa e della velocità di impatto passando dagli impatti a bassa velocità effettuati con masse pesanti a impatti più localizzati effettuati con elevate velocità e piccole masse. È opportuno evidenziare che la suddetta campagna sperimentale non è stata effettuata solamente sulle strutture sandwich complete, ma anche sui soli core e sulle sole pelli al fine di comprendere al meglio lo scenario di danneggiamento separando il comportamento ad impatto delle singole componenti e valutando solo in un secondo momento come esso evolve in conseguenza dell’assemblaggio del composito. Per completare soddisfacentemente il lavoro parametri quali la densità dei core e la temperatura di esercizio sono stati presi in considerazione, con lo scopo di valutare come questi modificassero la reazione all’impatto della struttura e delle sue componenti, ed è stata effettuata un’analisi post-impatto attraverso tecniche non distruttive, come ad esempio la profilometria, al fine di ottenere informazioni utili a supportare l’analisi dinamica della struttura e a quantificare l’estensione del danno. Alla luce della notevole influenza esercitata dai carichi dinamici sulle strutture sandwich e in considerazione delle straordinarie capacità di recupero dimensionale del sughero, ulteriori test dinamici, come compressioni dinamiche in torre a caduta di peso e test in barra Hopkinson, sono stati effettuati sui soli core al fine di approfondire lo studio relativo al loro comportamento a compressione prendendo in considerazione l’effetto di vari fattori come la velocità di deformazione, l’anisotropia, la temperatura e il numero di impatti. Quest’ultimo è di particolare importanza per conoscere l’effetto provocato dall’accumulazione del danno con il passare del tempo a seguito dell’esposizione del componente a vari eventi di impatto di minor entità rispetto all’effetto dannoso causato da un singolo impatto di maggior entità. La scelta di impiegare il polipropilene come matrice polimerica per la produzione delle pelli è strettamente correlata con i due obiettivi della tesi. Dal punto di vista dell’impatto ambientale il polipropilene non è biodegradabile, ma essendo un polimero termoplastico può essere facilmente riprocessato e riciclato a fine ciclo vita al contrario delle matrici termoindurenti che possono essere solamente smaltite e termo-valorizzate per sfruttare il loro potere calorifico. Dal punto di vista della resistenza e della tolleranza al danno, l’uso di una matrice termoplastica duttile rispetto ad una termoindurente, che a causa della sua struttura a network 3D è intrinsecamente fragile, permette di sfruttare meccanismi addizionali di dissipazione dell’energia, come ad esempio la plasticizzazione della matrice, che possono prevenire un danneggiamento eccessivo del componente o una sua rottura catastrofica. Tenendo poi in considerazione le ingenti problematiche connesse con la pessima interfaccia che si viene a creare tra le fibre naturali idrofile e la matrice polimerica idrofoba e le scarse proprietà meccaniche risultanti, si è deciso di studiare l’effetto di un agente accoppiante a base di anidride maleica, inserito nel master batch della matrice, sulle proprietà quasi statiche e dinamiche delle sole pelli e delle strutture sandwich complessive. Si è visto che se il miglioramento dell’adesione tra fibra e matrice risulta positivo per le proprietà quasi statiche determinando un aumento della rigidezza e della resistenza massima esso gioca un ruolo negativo nella risposta dinamica ad impatto della struttura inducendo un infragilimento del composito a causa dell’inibizione di alcuni meccanismi di dissipazione dell’energia. Alla luce di ciò, anche l’uso dell’agente accoppiante deve essere accuratamente valutato a seconda dell’applicazione del composito se si desidera ottenerne un’ottimizzazione delle prestazioni. Infine, si è provveduto ad effettuare una modellizzazione agli elementi finiti sia del sughero che delle schiume in PVC con l’intento di standardizzare la modellizzazione di un materiale innovativo e relativamente nuovo come il sughero nella speranza di incoraggiare il suo utilizzo su scala industriale dove l’impiego di materiali consolidati è normalmente preferito per ridurre potenziali controindicazioni e dove la possibilità di predire il comportamento di un materiale attraverso una semplice simulazione numerica consente di ridurre notevolmente i costi di produzione.The Great Pacific Garbage Patch, the climate change, the greenhouse effect are only some of the implications of a thoughtless exploitation of crude oil and chemicals for the production of synthetic materials such as plastics and fibrous reinforcements which are extensively used in many industrial fields and in mass production. The resulting contamination of air, water and soil due to the huge emission of pollutants and to the complex disposal of these non-biodegradable materials, pushed many countries to promulgate more restrictive regulations in the field of waste disposal and emissions. This green tendency, intended to counteract the detrimental effect of industrial production on the environment, encourages the exploitation of bio-based materials from renewable resources with the aims of reducing the carbon footprint of the production process and facilitating the disposal of the component at the end of its life-cycle thanks to a partial or total biodegradability. The present work is part of this eco-friendly framework proposing a green sandwich structure made up with an agglomerated cork core and with polypropylene skins reinforced with a flax/basalt hybrid fabric. The replacement of traditional synthetic foam cores with agglomerated cork would allow to exploit a biodegradable material from renewable resources taking advantage of the wastes derived from wine stopper production, which otherwise would be lost, thus ensuring a full exploitation of the harvested material. Moreover, agglomerated cork is characterized by favorable features like a good acoustic and thermal insulation capability useful to improve energy efficiency in buildings and construction and an outstanding dimensional recovery capacity beneficial to ensure an improved dimensional stability to the overall sandwich structure. Considering that the optimization of weight and mechanical properties is one of the key parameters in sandwich composites design in order to obtain the most performing structure, the influence of agglomerated cork density on the physical, thermal and mechanical properties of the sole core and of the overall sandwich structure was addressed investigating three agglomerated corks with different densities. Moreover, to point out the advantages and the drawbacks connected with agglomerated cork an

Quasi-static and low-velocity impact behavior of intraply hybrid flax/basalt composites

In an attempt to increase the low-velocity impact response of natural fiber composites, a new hybrid intraply woven fabric based on flax and basalt fibers has been used to manufacture laminates with both thermoplastic and thermoset matrices. The matrix type (epoxy or polypropylene (PP) with or without a maleated coupling agent) significantly affected the absorbed energy and the damage mechanisms. The absorbed energy at perforation for PP-based composites was 90% and 50% higher than that of epoxy and compatibilized PP composites, respectively. The hybrid fiber architecture counteracted the influence of low transverse strength of flax fibers on impact response, irrespective of the matrix type. In thermoplastic laminates, the matrix plasticization delayed the onset of major damage during impact and allowed a better balance of quasi-static properties, energy absorption, peak force, and perforation energy compared to epoxy-based composites

Assessment of agglomerated corks and PVC foams cores crashworthiness under multiple-impact events in different loading conditions

Thanks to the unique flexural properties, sandwich composites are considered as irreplaceable structures in many industrial fields, but their susceptibility to impact events is still a considerable drawback that undermines their structural integrity determining a reduction of their load-bearing capabilities. Considering that the core material plays the major role to distance the skins, the knowledge of its multiple-impacts response becomes a key design parameter in order to ensure a long-term stability to the structure. In view of this, the present work addresses the multiple-impacts behavior in dynamic compression and puncture impact conditions of bio-based agglomerated cork cores taking into account the effect of density and providing a meaningful comparison with more traditional petroleum-based foams. Despite the inherently higher mechanical properties of the PVC (polyvinyl chloride) foams, agglomerated cork demonstrated to provide a higher dimensional stability to the structure after repeated impacts thanks to its unique microstructure. With a reduction lower than 25% of its initial height after 10 impacts, agglomerated cork NL25 proved to be an exceptional alternative to the common HP130 foam, which undergoes a halving of its initial height after only 3 impacts, to obtain a more eco-friendly and performing sandwich composite

Assessment Of Human Health Risk Associated With Methylmercury In The Imported Fish Marketed In The Caribbean

The decline in marine and freshwaters catches in recent years in Colombia has led to a change in dietary habits, with an increase in the purchase and consumption of imported fish. This is of particular concern as fish are sometimes caught in mercury-contaminated waters, and are subsequently sold canned or uncanned. In addition, canned tuna has received little attention as it is widely assumed that concentrations are low. In this study, total mercury (THg) and methylmercury (MeHg) concentrations were evaluated in three imported fish species marketed in Colombia, Prochilodus lineatus, Prochilodus reticulatus, and Pangasianodon hypophthalmus, plus four brands of canned tuna and one of sardines. One brand of tuna showed the highest mean concentrations of THg (0.543 ± 0.237 μg/g, wet weight, ww) and MeHg (0.518 ± 0.337 μg/g ww), while concentrations in P. hypophthalmus were approximately 30 times lower (≈0.02 µg/g ww). The estimated weekly intake (EWI) in children was above the provisional tolerable weekly intake (PTWI) of MeHg established by the Joint FAO/World Health Organization (WHO) Expert Committee on Food Additives (JECFA) in 2007, 1.6 μg/kg body weight (bw) per week, for all the canned tuna brands. Values for adults were below PTWI, whereas for women of childbearing age, values were above PTWI only for brand D of canned tuna. The estimate of the potential risk indicated that MeHg levels in canned tuna can generate negative effects in vulnerable groups, while the EWI of fresh fish did not pose a threat to the general population. Therefore, establishing strategies to address the high consumption of canned tuna, and continuous monitoring to control commercial food, are recommended to decrease Hg exposure

Effect of basalt fibre hybridisation and sizing removal on mechanical and thermal properties of hemp fibre reinforced HDPE composites

Despite the advantages offered by natural fibre-based thermoplastic composites in terms of environmental impact and cost, their mechanical performance is generally lower than that of synthetic counterparts. Hybridisation with mineral fibres (basalt) can broaden the industrial applications of natural fibre reinforced composites. The present study focused on the performance of injection-moulded short basalt fibre, hemp fibre and hemp/basalt fibre hybrid high density polyethylene (HDPE) composites. Effects of a maleated coupling agent on the thermal and mechanical properties of the resulting composites were evaluated as a function of the fibre mass fraction. Hybridisation of hemp fibres with basalt fibres was found to significantly increase the mechanical properties and the crystallinity of hemp-fibre reinforced composites thus suggesting that short hemp/basalt fibre hybrid HDPE composites are promising candidates for semi-structural applications. Additionally, a sizing removal procedure mimicking the conditions experienced in an end-of-life composite thermal recycling process was defined and discussed in terms of residual mechanical properties of basalt/HDPE composite

Carbon-Fiber-Recycling Strategies: A Secondary Waste Stream Used for PA6,6 Thermoplastic Composite Applications

With a view to achieving sustainable development and a circular economy, this work focused on the possibility to valorize a secondary waste stream of recycled carbon fiber (rCF) to produce a 3D printing usable material with a PA6,6 polymer matrix. The reinforcing fibers implemented in the research are the result of a double-recovery action: starting with pyrolysis, long fibers are obtained, which are used to produce non-woven fabrics, and subsequently, fiber agglomerate wastes obtained from this last process are ground in a ball mill. The effect of different amounts of reinforcement at 5% and 10% by weight on the mechanical properties of 3D-printed thermoplastic composites was investigated. Although the recycled fraction was successfully integrated in the production of filaments for 3D printing and therefore in the production of specimens via the fused deposition modeling technique, the results showed that fibers did not improve the mechanical properties as expected, due to an unsuitable average size distribution and the presence of a predominant dusty fraction ascribed to the non-optimized ball milling process. PA6,6 + 10 wt.% rCF composites exhibited a tensile strength of 59.53 MPa and a tensile modulus of 2.24 GPa, which correspond to an improvement in mechanical behavior of 5% and 21% compared to the neat PA6,6 specimens, respectively. The printed composite specimens loaded with the lowest content of rCF provided the greatest improvement in strength (+9% over the neat sample). Next, a prediction of the "optimum" critical length of carbon fibers was proposed that could be used for future optimization of recycled fiber processing

Novel insights into DNA methylation features in spermatozoa: stability and peculiarities

Data about the entire sperm DNA methylome are limited to two sperm donors whereas studies dealing with a greater number of subjects focused only on a few genes or were based on low resolution arrays. This implies that information about what we can consider as a normal sperm DNA methylome and whether it is stable among different normozoospermic individuals is still missing. The definition of the DNA methylation profile of normozoospermic men, the entity of inter-individual variability and the epigenetic characterization of quality-fractioned sperm subpopulations in the same subject (intra-individual variability) are relevant for a better understanding of pathological conditions. We addressed these questions by using the high resolution Infinium 450K methylation array and compared normal sperm DNA methylomes against somatic and cancer cells. Our study, based on the largest number of subjects (n = 8) ever considered for such a large number of CpGs (n = 487,517), provided clear evidence for i) a highly conserved DNA methylation profile among normozoospermic subjects; ii) a stable sperm DNA methylation pattern in different quality-fractioned sperm populations of the same individual. The latter finding is particularly relevant if we consider that different quality fractioned sperm subpopulations show differences in their structural features, metabolic and genomic profiles. We demonstrate, for the first time, that DNA methylation in normozoospermic men remains highly uniform regardless the quality of sperm subpopulations. In addition, our analysis provided both confirmatory and novel data concerning the sperm DNA methylome, including its peculiar features in respect to somatic and cancer cells. Our description about a highly polarized sperm DNA methylation profile, the clearly distinct genomic and functional organization of hypo- versus hypermethylated loci as well as the association of histone-enriched hypomethylated loci with embryonic development, which we now extended also to hypomethylated piRNAs-linked genes, provides solid basis for future basic and clinical research

Multi-state open robust design applied to opportunistic data reveals dynamics of wide-ranging taxa: The sperm whale case.

© The Author(s), 2019. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Boys, R. M., Oliveira, C., Perez-Jorgeo, S., Prieto, R., Steiner, L., & Silva, M. A. Multi-state open robust design applied to opportunistic data reveals dynamics of wide-ranging taxa: The sperm whale case. Ecosphere, 10(3), (2019):e02610, doi:10.1002/ecs2.2610.Capture–mark–recapture methods have been extensively used to estimate abundance, demography, and life history parameters of populations of several taxa. However, the high mobility of many species means that dedicated surveys are logistically complicated and expensive. Use of opportunistic data may be an alternative, if modeling takes into account the inevitable heterogeneity in capture probability from imperfect detection and incomplete sampling, which can produce significant bias in parameter estimates. Here, we compare covariate‐based open Jolly‐Seber models (POPAN) and multi‐state open robust design (MSORD) models to estimate demographic parameters of the sperm whale population summering in the Azores, from photo‐identification data collected opportunistically by whale‐watching operators and researchers. The structure of the MSORD also allows for extra information to be obtained, estimating temporary emigration and improving precision of estimated parameters. Estimates of survival from both POPAN and MSORD were high, constant, and very similar. The POPAN model, which partially accounted for heterogeneity in capture probabilities, estimated an unbiased super‐population of ~1470 whales, with annual abundance showing a positive trend from 351 individuals (95% CI: 234–526) in 2010 to 718 (95% CI: 477–1082) in 2015. In contrast, estimates of abundance from MSORD models that explicitly incorporated imperfect detection due to temporary emigration were less biased, more precise, and showed no trend over years, from 275 individuals (95% CI: 188–404) in 2014 to 367 (95% CI: 248–542) in 2012. The MSORD estimated short residence time and an even‐flow temporary emigration, meaning that the probability of whales emigrating from and immigrating to the area was equal. Our results illustrate how failure to account for transience and temporary emigration can lead to biased estimates and trends in abundance, compromising our ability to detect true population changes. MSORD models should improve inferences of population dynamics, especially when capture probability is low and highly variable, due to wide‐ranging behavior of individuals or to non‐standardized sampling. Therefore, these models should provide less biased estimates and more accurate assessments of uncertainty that can inform management and conservation measures.We acknowledge IFAW for providing photo‐identification data from the early period of the study (1987–1993), Biosphere Expeditions and clients of Whale Watch Azores for making data collection possible. We thank Sara Magalhães, Tiago Sá, João Medeiros, Yves Cuenot, Pablo Chevallard Navarro, and numerous volunteers that over the years helped with data collection and organization of the photo‐identification catalogue. We are deeply grateful to Gary White, Bill Kendall, Jim Hines, James Nichols, Paul Conn, and Olivier Gimenez for offering guidance and advice on CMR modeling. We thank Jonathan Gordon for his comments on an earlier version of the manuscript. We are thankful to the three anonymous reviewers for providing very helpful comments. This work was supported by Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), Azores 2020 Operational Programme, and Fundo Regional da Ciência e Tecnologia (FRCT) through research projects FCT‐Exploratory project (IF/00943/2013/CP1199/CT0001), WATCH IT (Acores‐01‐0145‐FEDER‐000057), and MISTIC SEAS II (GA11.0661/2017/750679/SUB/ENV.C2) co‐funded by FEDER, COMPETE, QREN, POPH, ESF, Portuguese Ministry for Science and Education, and EU‐DG/ENV. The Azores 2020 Operational Programme is funded by the community structural funds ERDF and ESF. We also acknowledge funds provided by FCT to MARE, through the strategic project UID/MAR/04292/2013. Rebecca M Boys is supported by an Estagiar L scholarship, Cláudia Oliveira by a research assistant contract from WATCH IT and Mónica A Silva by an FCT‐Investigator contract (IF/00943/2013), and Rui Prieto by an FCT postdoctoral grant (SFRH/BPD/108007/2015). Mónica A Silva conceptualized the project, acquired funding, administered, and supervised the project. Lisa Steiner, Cláudia Oliveira, Rebecca M Boys, and Mónica A Silva involved in data curation. Rebecca M Boys, Mónica A Silva, Sergi Pérez‐Jorge, and Cláudia Oliveira involved in formal analysis, investigation, and methodology. Rebecca M Boys preparation and visualization of the data. Rebecca M Boys, Mónica A Silva, Sergi Pérez‐Jorge, Rui Prieto wrote the original draft of the manuscript. Rebecca M Boys, Mónica A Silva, Rui Prieto, Sergi Pérez‐Jorge, Cláudia Oliveira, and Lisa Steiner wrote, reviewed, and edited the manuscript

Effect of temperature on the low-velocity impact response of environmentally friendly cork sandwich structures

Impact events are common in every-day life and can severely compromise the integrity and reliability of high-performing structures such as sandwich composites that are widespread in different industrial fields. Considering their susceptibility to impact damage and the environmental issues connected with their exploitation of synthetic materials, the present work aims to propose a bio-based sandwich structure with an agglomerated cork core and a flax/basalt intraply fabric as skin reinforcement and to address its main weakness, i.e. its impact response. In-service properties are influenced by temperature, therefore the effect of high (60 °C) and low (−40°C) temperatures on the impact behavior of the proposed structures was investigated and a suitable comparison with traditional (polyvinyl chloride) (PVC) foams was provided. The results highlighted the embrittlement effect of decreasing temperature on the impact resistance of the sole cores and skins and of the overall structures with a reduction in the perforation energy that shifted, in the last case, from 50–60 J at – 40 °C up to more than 180 J at 60 °C. A maleic anhydride coupling agent in the skins hindered fundamental energy dissipation mechanisms such as matrix plasticization, determining a reduction in the perforation threshold of all composites. In particular, neat polypropylene (PP) skins displayed a perforation energy of 20 J higher than compatibilized (PPC) ones at 60 °C, while agglomerated cork sandwich structures at 60 °C were characterized by a perforation threshold higher of at least 50 J.Publicad