Abstract The development of yarns composed primarily from carbon nanotubes (CNTs) has been pursued recently with the intent of transferring to the yarn the exceptional mechanical and transport properties of individual nanotubes. In this work we study the process of yarn formation by dry stretching buckypaper, and the mechanical behavior of the resulting yarns, function of the CNT length and of the state of the CNT assembly before stretching. The analysis is performed using a coarse grained, bead-spring representation for individual CNTs. It begins with a random buckypaper structure composed from CNTs of diameter 13.5 A. This structure is stretched to form a yarn. This occurs once the stretch ratio becomes larger than a threshold which depends on the CNT length. At the threshold, adhesion stabilizes a highly aligned packing of CNT bundles. Packing defects and pores, reminiscent of the initial structure of the buckypaper, are incorporated in the yarn. The yarn is further tested in uniaxial tension. The defects have little effect on the mechanical behavior of the resulting yarns. However, the behavior depends sensitively on the degree of packing of the CNTs in the sub-bundles forming the yarn. Therefore, the initial structure of the buckypaper has little effect on the performance of the yarn. Increasing the CNT length increases the yarn flow stress and this is associated with the residual tortuosity of the CNTs in the yarn. Decreasing the temperature or increasing the strain rate lead to a small increase of the flow stress. These results have implications for yarn design, which are discussed in the article.

中文翻译：

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通过拉伸巴克纸获得具有随机微观结构的碳纳米管纱线的力学行为

摘要 主要由碳纳米管 (CNT) 组成的纱线的开发最近一直在进行，目的是将单个纳米管的卓越机械和传输性能转移到纱线上。在这项工作中，我们研究了通过干拉伸巴克纸形成纱线的过程，以及所得纱线的机械行为、CNT 长度的函数和拉伸前 CNT 组件的状态。使用粗粒度、珠弹簧表示法对单个 CNT 进行分析。它以由直径为 13.5 埃的碳纳米管组成的随机巴基纸结构开始。该结构被拉伸以形成纱线。一旦拉伸比变得大于取决于 CNT 长度的阈值，就会发生这种情况。在阈值处，附着力稳定了 CNT 束的高度对齐的堆积。使人联想到巴克纸的初始结构的包装缺陷和气孔都包含在纱线中。在单轴张力下进一步测试纱线。缺陷对所得纱线的机械性能几乎没有影响。然而，行为敏感地取决于形成纱线的子束中的碳纳米管的堆积程度。因此，巴克纸的初始结构对纱线的性能影响不大。增加 CNT 长度会增加纱线流动应力，这与纱线中 CNT 的残余弯曲度有关。降低温度或增加应变率会导致流变应力的小幅增加。这些结果对纱线设计有影响，本文将对此进行讨论。被加入纱线中。在单轴张力下进一步测试纱线。缺陷对所得纱线的机械性能几乎没有影响。然而，行为敏感地取决于形成纱线的子束中的碳纳米管的堆积程度。因此，巴克纸的初始结构对纱线的性能影响不大。增加 CNT 长度会增加纱线流动应力，这与纱线中 CNT 的残余弯曲度有关。降低温度或增加应变率会导致流变应力的小幅增加。这些结果对纱线设计有影响，本文将对此进行讨论。被加入纱线中。在单轴张力下进一步测试纱线。缺陷对所得纱线的机械性能几乎没有影响。然而，行为敏感地取决于形成纱线的子束中的碳纳米管的堆积程度。因此，巴克纸的初始结构对纱线的性能影响不大。增加 CNT 长度会增加纱线流动应力，这与纱线中 CNT 的残余弯曲度有关。降低温度或增加应变率会导致流变应力的小幅增加。这些结果对纱线设计有影响，本文将对此进行讨论。然而，行为敏感地取决于形成纱线的子束中的碳纳米管的堆积程度。因此，巴克纸的初始结构对纱线的性能影响不大。增加 CNT 长度会增加纱线流动应力，这与纱线中 CNT 的残余弯曲度有关。降低温度或增加应变率会导致流变应力的小幅增加。这些结果对纱线设计有影响，本文将对此进行讨论。然而，行为敏感地取决于形成纱线的子束中的碳纳米管的堆积程度。因此，巴克纸的初始结构对纱线的性能影响不大。增加 CNT 长度会增加纱线流动应力，这与纱线中 CNT 的残余弯曲度有关。降低温度或增加应变率会导致流变应力的小幅增加。这些结果对纱线设计有影响，本文将对此进行讨论。增加 CNT 长度会增加纱线流动应力，这与纱线中 CNT 的残余弯曲度有关。降低温度或增加应变率会导致流变应力的小幅增加。这些结果对纱线设计有影响，本文将对此进行讨论。增加 CNT 长度会增加纱线流动应力，这与纱线中 CNT 的残余弯曲度有关。降低温度或增加应变率会导致流变应力的小幅增加。这些结果对纱线设计有影响，本文将对此进行讨论。