Reinforcement of epoxy resin/carbon fiber composites by carboxylated carbon nanotubes: a dynamic mechanical study

• Autorzy: Nazarpour-Fard H. , Rad-Moghadam K. , Shirini F. , Beheshty M. H. , Asghari G. H.

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2018.4.1

Warianty tytułu

PL

Kompozyty żywicy epoksydowej z włóknami węglowymi wzmocnione karboksylowanymi nanorurkami węglowymi: dynamiczne badania mechaniczne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The composites of epoxy resins reinforced with unidirectional carbon fibers were prepared via hot pressing of carbon fiber prepregs. Multiwall carbon nanotubes (MWCNT) derivatives [parent CNTs, low carboxylated CNTs (LCCNTs) and higher carboxylated CNTs (HCCNTs)] were incorporated into the epoxy resin/carbon fiber (E/C) composite. Interestingly, remarkable modifications as consequences of homogeneous dispersion of CNTs in E/C matrix and prevention of void formation within the composite wereachieved by using carboxylated CNTs. The dynamic mechanical analysis (DMA) showe dimproved glass transition temperature (Tg) and storage modulus of the resulting E/C/HCCNT composite. The master curves of storage modulus were constructed for the samples using the Vogel-Fulcher-Tammann (VFT) and Williams-Landel-Ferry (WLF) equations as well as the time-temperature superposition principle (TTS). The apparent activation energies of molecular rearrangements were calculated at different temperatures based on the numerical derivatives and WLF equations. The experimental results indicate that COOH content of CNTs can have a remarkable effect on the ultimate properties and performance of the E/C/CNTs nanocomposites. Based on possessing light weight and good modulus (of 31 GPa and 20.6 GPa at -90 °C and 80 °C, respectively), E/C/HCCNT can be consideredas an interesting composite for structural applications by polymer engineers.

PL

Kompozyty żywicy epoksydowej wzmocnione jednokierunkowo włóknami węglowymi otrzymywano metodą prasowania na gorąco prepregów. Do kompozytów epoksydowo-węglowych (E/C) dodawano wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT) oraz ich karboksylowane pochodne, z małą (LCCNT) lub dużą (HCCNT) zawartością grup karboksylowych. Wprowadzenie do osnowy E/C jednorodnej dyspersji nanorurek węglowych (CNT), z uniknięciem tworzenia się pustych przestrzeni umożliwiło znaczną modyfikację właściwości kompozytów. Dynamiczna analiza mechaniczna DMA wykazała zwiększenie wartości temperatury zeszklenia (Tg) oraz modułu zachowawczego kompozytu E/C/HCCNT. Na podstawie równania Vogela-Fulchera-Tammanna (VFT) i Williamsa-Landela-Ferry’ego (WLF) oraz zasady superpozycji temperaturowo-czasowej (TTS) wyznaczono krzywe wiodące modułu zachowawczego. Pozorne energie aktywacji przekształceń molekularnych obliczono dla różnych wartości temperatury z zastosowaniem pochodnych numerycznych i równań WLF. Wyniki badań wskazują, że zawartość grup COOH w nanorurkach węglowych może mieć istotny wpływ na właściwości użytkowe nanokompozytów E/C/CNT. Ze względu na niewielką masę i duże wartości modułu sprężystości (odpowiednio 31 GPa i 20,6 GPa w temp. -90 °C i 80 °C) wytworzone kompozyty mogą być interesującym materiałem do zastosowań konstrukcyjnych.

Słowa kluczowe

EN

carbon fiber; epoxy resin; multiwall carbon nanotube; dynamic mechanical properties

PL

włókno węglowe; żywica epoksydowa; wielościenna nanorurka węglowa; właściwość mechaniczna dynamiczna

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 63, nr 4
• Strony: 254--263
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys. kolor.

Twórcy

autor

Nazarpour-Fard H.

• University of Guilan, Department of Chemistry, Faculty of Sciences, P.O. Box 41335-1914, Rasht, Iran

autor

Rad-Moghadam K.

• University of Guilan, Department of Chemistry, Faculty of Sciences, P.O. Box 41335-1914, Rasht, Iran

autor

Shirini F.

• University of Guilan, Department of Chemistry, Faculty of Sciences, P.O. Box 41335-1914, Rasht, Iran

autor

Beheshty M. H.

• Iran Polymer and Petrochemical Institute, Department of Composites, P.O. Box 14965-115, Tehran, Iran

autor

Asghari G. H.

• Iran Polymer and Petrochemical Institute, Department of Composites, P.O. Box 14965-115, Tehran, Iran

Bibliografia

• [1] Indicula M., Boudenne A.: Composites Science and Technology 2006, 66, 2719. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2006.03.007
• [2] Assael M.T., Antoniadis K.D., Tzetzisb D.: Composites Science and Technology 2008, 68, 3178. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2008.07.019
• [3] K umlutas D., Tavman I.H., Turhan-Çoban M.: Composites Science and Technology 2003, 63, 113. http://dx.doi.org/10.1016/S0266-3538(02)00194-X
• [4] K im D., Chung I., Kim G.: Fibers and Polymers 2013, 14, 2141. http://dx.doi.org/10.1007/s12221-013-2141-9
• [5] Sherman D., Lemaitre J., Leckie F.: Acta Metallurgica et Materialia 1995, 43, 4483. http://dx.doi.org/10.1016/0956-7151(95)00136-J
• [6] Godara A., Gorbatikh L., Kalinka G. et al.: Composites Science and Technology 2010, 70, 1346. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2010.04.010
• [7] Yoonessi M., Lebron-Colon M., Scheiman D. et al.: ACS Applied Materials & Interfaces 2014, 6, 16 621. http://dx.doi.org/10.1021/am5056849
• [8] I slam M.E., Mahdi T.H., Hosur M.V. et al.: Procedia Engineering 2015, 105, 821. http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2015.05.078
• [9] Piesowicz E., Irska I., Bryll K. et al.: Polimery 2016, 61, 24. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2016.024
• [10] C hen B., Chen J., Li J. et al.: Chinese Journal of Polymer Science 2017, 35, 446. http://dx.doi.org/10.1007/s10118-017-1911-z
• [11] Mir Mohammad Alavi N., Yaghoubi A.: Polimery 2014, 59, 776. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2014.776
• [12] K im P., Shi L., Majumdar A. et al.: Physical Review Letters 2001, 87, 215 502. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.87.215502
• [13] Treacy M.M.J., Ebbesen T.W., Gibson J.M.: Nature 1996, 381, 678. http://dx.doi.org/10.1038/381678a0
• [14] W ong E.W., Sheehan P.E., Lieber C.M.: Science 1997, 277, 1971. http://dx.doi.org/10.1126/science.277.5334.1971
• [15] W ildoer J.W.G., Venema L.C., Rinzler A.G. et al.: Nature 1998, 391, 59. http://dx.doi.org/10.1038/34139
• [16] Odom T.W., Huang J.L., Kim P. et al.: Nature 1998, 391, 62. http://dx.doi.org/10.1038/34145
• [17] C oleman J.N., Khan U., Blau W.J. et al.: Carbon 2006, 44, 1624. http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2006.02.038
• [18] Thostenson E.T., Chou T.W.: Carbon 2006, 44, 3022. http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2006.05.014
• [19] Gojny F.H., Wichmann M.H.G.: Composites Science and Technology 2005, 65, 2300. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2005.04.021
• [20] Hubert P., Ashrafi B., Adhikari K. et al.: Composites Science and Technology 2009, 69, 2274. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2009.04.023
• [21] Goertzen W.K., Kessler M.R.: Composites Part B: Engineering 2007, 38, 1. http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2006.06.002
• [22] W olfrum J., Ehrenstein G., Avondet M.: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 1999, 56, 1147. http://dx.doi.org/10.1023/A:1010109129224
• [23] Pascault J.P., Sautereau H., Verdu J. et al.: “Thermosetting polymers”, Marcel Dekker Inc., New York 2002.
• [24] Seki Y.: Materials Science and Engineering A 2009, 508, 247. http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2009.01.043
• [25] Ma P.C., Kim J.K., Tang B.Z.: Composites Science and Technology 2007, 67, 2965. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2007.05.006
• [26] Turcsanyi B., Pukanszky B., Tudos F.: Journal of Materials Science Letters 1988, 7, 160. http://dx.doi.org/10.1007/BF01730605
• [27] Pothan L.A., Oommen Z., Thomas S.: Composites Science and Technology 2003, 63, 283. http://dx.doi.org/10.1016/S0266-3538(02)00254-3
• [28] Murayama T.: “Dynamic mechanical analysis of polymeric materials”, 2th ed., Elsevier, Amsterdam 1978.
• [29] C hehrazi E., Qazvini N.T.: Iranian Polymer Journal 2013, 22, 613. http://dx.doi.org/10.1007/s13726-013-0160-4
• [30] Shamsi R., Mir Mohamad Sadeghi G., Asghari G.H.: Polymer Composites, available online 27 July 2016. http://dx.doi.org/10.1002/pc.24155

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).