Effect of conductive carbon black on the lightning strikes resistance of carbon fiber-reinforced epoxy resin

• Autorzy: Krajewski Dariusz , Oleksy Mariusz , Oliwa Rafał , Masłowski Grzegorz , Filik Kamil , Karnas Grzegorz

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2024.7.3

Warianty tytułu

PL

Wpływ sadzy przewodzącej na odporność żywicy epoksydowej wzmocnionej włóknem węglowym na uszkodzenia spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The effect of conductive carbon black (0.5 wt%) on the properties of carbon fiber-reinforced epoxy resin (Rockwell hardness, Charpy impact strength, tensile and flexural properties, electrical conductivity, and resistance to lightning discharges) was investigated. The composites were obtained by the infusion method. A slight decrease in flexural modulus was observed, while the hardness and Young’s modulus increased. The resistivity decreased four times. Simulated multiple lightning discharges confirmed the better electrical conductivity of the composite with the addition of conductive carbon black, which resulted in five times decrease in the laminate damage area.

PL

Zbadano wpływ sadzy przewodzącej (0,5% mas.) na właściwości żywicy epoksydowej wzmocnionej włóknem węglowym (twardość Rockwella, udarność Charpy’ego, właściwości mechaniczne przy rozciąganiu i zginaniu, przewodnictwo elektryczne i odporność na wyładowania atmosferyczne). Kompozyty otrzymano metodą infuzji. Zaobserwowano nieznaczne zmniejszenie modułu sprężystości przy zginaniu, przy jednoczesnym zwiększeniu twardości i modułu Young’a. Rezystywność zmniejszyła się 4-krotnie. Symulowane wielokrotne wyładowania atmosferyczne potwierdziły lepszą przewodność elektryczną kompozytu z dodatkiem sadzy przewodzącej, co przełożyło się na 5-krotne zmniejszenie obszaru uszkodzenia laminatu.

Słowa kluczowe

EN

composite; epoxy; carbon black; impulse current; electrical conductivity

PL

kompozyt; żywica epoksydowa; sadza; prąd impulsowy; przewodność elektryczna

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 69, nr 7-8
• Strony: 413--419
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Krajewski Dariusz

• Department of Polymer Composites, Rzeszow University of Technology, Al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9040-7143

autor

Oleksy Mariusz

• Department of Polymer Composites, Rzeszow University of Technology, Al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-5515-8575

autor

Oliwa Rafał

• Department of Polymer Composites, Rzeszow University of Technology, Al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1319-6199

autor

Masłowski Grzegorz

• Department of Electrical and Computer Engineering Fundamentals, Rzeszow University of Technology, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0028-1319

autor

Filik Kamil

• Department of Electrical and Computer Engineering Fundamentals, Rzeszow University of Technology, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6410-3573

autor

Karnas Grzegorz

• Department of Electrical and Computer Engineering Fundamentals, Rzeszow University of Technology, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2255-5926

Bibliografia

• [1] Gagne M., Therriault D.: Progress in Aeronautical Sciences 2014, 64, 1. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2013.07.002
• [2] Willett J.C., Park G., Krider E.P. et al.: “Triggered lightning risk assessment for reusable launch vehicles at the southwest regional and Oklahoma spaceports” Materials from 86th AMS Annual Meeting, Atlanta, Georgia, January 2006.
• [3] Pavan C., Fontanes P., Urbani M. et al.: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 2020, 125, 1. https://doi.org/10.1029/2019JD031245
• [4] Malinga G.A., Niedzwecki J.M.: Renewable Energy 2016, 87, 572. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.10.047
• [5] Paolone M., Rachidi F., Borghetti A. et al.: IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility 2009, 51, 532. https://doi.org/10.1109/TEMC.2009.2025958
• [6] Hua F., Su1 L., Luo X. et al.: Journal of Physics: Conference Series 2023, 2478, 072072. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2478/7/072072
• [7] Czech K., Oleksy M., Oliwa R. et al.: Polimery 2022, 67, 552. https://doi.org/10.14314/polimery.2022.11.2
• [8] Zhang R., Han B., Zhong J.Y. et al.: International Journal of Impact Engineering 2022, 159, 104035. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2021.104035
• [9] Liu H., Chen H., Chen H. et al.: Journal of Applied Polymer Science 2024, e55866. https://doi.org/10.1002/app.55866
• [10] Sun X., Pan X., Wu Y. et al.: Industrial & Engineering Chemistry Research 2024 63, 11030. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.4c012
• [11] Wang Y., Jing X.: Polymers for Advanced Technologies 2005, 16, 344. https://doi.org/10.1002/pat.589
• [12] Katunin A., Krukiewicz K., Herega A. et al.: Advances in Materials Science 2016, 16, 32. https://doi.org/10.1515/adms-2016-0007
• [13] Feraboli P., Miller M.: Composites, Part A: Applied Science and Manufacturing 2009, 40, 954. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2009.04.025
• [14] Soutis C.: Materials Science and Engineering: A 2005, 412, 171. https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.08.064
• [15] Krajewski D., Oleksy M., Oliwa R. et al.: Energies 2022, 15, 4562. https://doi.org/10.3390/en15134562.
• [16] Atif R., Shyha I., Inam F.: Polymers 2016, 8, 281. https://doi.org/10.3390/polym8080281
• [17] Ogbonna V.E., Popoola A.P.I., Popoola O.M. et al.: Polymer Bulletin 2022, 79, 6857. https://doi.org/10.1007/s00289-021-03846-z
• [18] Kashfipour M.A., Mehra N., Zhu J.: Advanced Composites and Hybrid Materials. 2018, 1, 415. https://doi.org/10.1007/s42114-018-0022-9
• [19] Bao D., Gao Y., Cui Y. et al.: Chemical Engineering Journal 2022, 433, 133519. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133519
• [20] Kim H.S., Hahn H.T.: AIAA Journal 2009, 47, 2779. https://doi.org/10.2514/1.39522
• [21] Wu X., Tang B., Chen J. et al.: Composites Science and Technology 2021, 203, 108610. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2020.108610
• [22] Phua J.L., Teh P.L., Ghani S.A. et al.: Polymers for Advanced Technologies 2017, 28, 345. https://doi.org/10.1002/pat.3894
• [23] Radouane N., Depriester M., Maaroufi A. et al.: Journal of the Chinese Chemical Society 2021, 68, 1456. https://doi.org/10.1002/jccs.202000490
• [24] Zhang D., Ye L., Deng S. et al.: Composites Science and Technology 2012, 73, 412. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2011.12.002
• [25] Gungor S., Bakis C.E.: Journal of Composite Materials 2015, 49, 535. https://doi.org/10.1177/0021998314521256
• [26] El-Tantawy F., Kamada K., Ohnabe H.: Journal of Applied Polymer Science 2003, 87, 97. https://doi.org/10.1002/app.10851
• [27] Macutkevic J., Kuzhir P., Paddubskaya A. et al.: Journal of Applied Physics 2013, 114, 033707. https://doi.org/10.1063/1.4815870
• [28] Zhang H., Liu Y., Kuwata M. et al.: Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2015, 70, 102. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2014.11.029
• [29] Rehbein J., Wierach P., Gries T. et al.: Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2017, 100, 352. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2017.05.014
• [30] Han J.H., Zhang H., Chen M.J. et al.: Carbon 2015, 94, 101. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2015.06.026
• [31] Kawakami H., Feraboli P.: Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2011, 42, 1247. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2011.05.007
• [32] Zhang B., Soltani S.A., Le L. et al.: Materials Science and Engineering: B 2017, 216, 31. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2017.02.008
• [33] Kumar V., Sharma S., Pathak A. et al.: Composite Structures 2019, 210, 581. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.11.088
• [34] Munalli D., Dimitrakis G., Chronopoulos D. et al.: Composites Part B: Engineering 2019, 173, 106906. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.106906
• [35] Misiura A.I., Mamunya Ye.P., Kulish M.P.: Journal of Macromolecular Science, Part B: Physics 2020, 59, 121. https://doi.org/10.1080/00222348.2019.1695820
• [36] Zhang J., Zhang X., Cheng X. et al.: Composites, Part B: Engineering 2019, 168, 342. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.03.054
• [37] Wang B., Duan Y., Xin Z. et al.: Composites Science and Technology 2018, 158, 51. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2018.01.047
• [38] Zhao Z., Ma Y., Yang Z. et al.: Materials Today Communications 2020, 25, 101502. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101502
• [39] Filik K., Karnas G., Masłowski G. et al.: Energies 2021, 14, 7899. https://doi.org/10.3390/en14237899
• [40] Filik K., Oliwa R., Karnas G. et al.: Measurement 2022, 199, 111546. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2022.111546

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).