Investigations on the thermal and
flexural properties of plain weave
glass/epoxy-nanocarbon composites
Journal Name:
- Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi
Keywords (Original Language):
| Author Name | University of Author | Faculty of Author |
|---|---|---|
Abstract (2. Language):
In the last two decade, the discovery of Carbon
Nanotubes (CNTs) have shown the potential
development in properties and performances of fiber
reinforced polymer matrix materials. The CNTs
reinforced composite materials have been used wide
range of applications. The biggest problem in nano
particulate reinforced composite is agglomeration.
Many methods are being used for dispersing nano
particulates homogenously inside epoxy system
without agglomeration. Most efficient way to
overcome this problem is using ultrasonic mixer. In
this method, ultrasonic sound waves distribute the
agglomerated nano particle.
In this study, the plain weave glass/epoxy
composites was modified with carbon nanotubes, to
obtain the effects of particle reinforcement on the
response of these materials under tensile, flexural
and thermomechanical loading. In this study, firstly
the double-walled carbon nanotubes – DWCNTs
were added epoxy resin, and then the mixture was
sonicated. After mixing the resin with the carbon
nanotube, the epoxy resin–carbon nanotube solution
was cooled to room temperature and then followed
by laminate processing. In the second step, the
epoxy resin–carbon nanotube solution was carefully
performed by using hand roller to glass fibres. For
comparision, control samples of plain weave
glass/epoxy without carbon nanotubes were also
fabricated.
Four different types of treated epoxies were
examined: 0.5 wt%, 0.75 wt%, 1 wt% and 1.25 wt%
of epoxy. The limitation on the upper bound of the
carbon nanotubes content was set as 1.25 wt% of
epoxy since the addition of double-walled carbon
nanotubes – DWCNTs increased the viscosity of the
epoxy during the fabrication.
Tensile test, 3-point bend flexure and Dynamic
Mechanical Analysis (DMA) studies were performed
on 15-layered samples. Three samples of each type
plain weave glass/epoxy-carbon nanotube
composites were tested and determined the average
values of flexural strength and modulus.
Bending tests were conducted in displacement
control mode with crosshead speed of 1 mm/min.
Load-deflection data for each sample was saved.
Flexural strength and flexural modulus were then
calculated.
Dynamic Mechanical Analysis (DMA) of various
specimens were performed DMA Q800
(Manufacturer:TA Instruments) according to ASTM
D4065.
Results of tensile and flexural tests showed
significant improvements in tension, flexural
strength and modulus for carbon nanotubes
reinforced composites as compared to the control
samples.
According to tensile and three-point bending test
results, it was observed that double-walled carbon
nanotubes – DWCNTs reinforcement could increase
the flexural modulus and strength of the materials.
The average increase in modulus of elasticity and
tensile strength with the addition of 0.5 wt% doublewalled
carbon nanotubes–DWCNTs improved by
15% and 46%, respectively. However, with 1.0 %
and 1.25 % double-walled carbon nanotubes –
DWCNTs, it was reported a 3% and 6% decrease in
modulus elasticity respectively.
From DMA results, it was seen that storage modulus
and glass transition temperature changed for
different weight percentages of double-walled
carbon nanotubes – DWCNTs samples.
Bookmark/Search this post with
Abstract (Original Language):
Bu çalışmada, dokuma cam kumaş ve epoksiden oluşan kompozite karbon nanotüp ilave edilerek kompozit
üretilmiş, ayrıca, çeki, eğilme ve termomekanik yükleme etkisi altındaki davranışları incelenmiştir. Karbon
nanotüpün etkisini görebilmek için hem ağırlıkça değişik oranlarda katkılı hem de karbon nanotüp katkısız
numuneler üretilmiştir. Ayrıca bu çalışmada, çekme, eğme ve dinamik mekanik analizlerde (DMA) en iyi
sonucu hangi karbon nanotüp ağırlık oranında olduğunu tespit etmek amaçlanmıştır. Ilk olarak, ağırlıkça
değişik oranlarda (% 0,5 % 0,75; % 1 ve % 1,25 ) karbon nanotüpler, epoksi reçine içerisine karıştırılmış ve
ultrasonik ses dalgaları gönderilerek, karbon nanotüpün topaklanmadan epoksi reçine içerisine homojen
karışımı sağlanmıştır. Daha sonra bu karışım, dokuma cam kumaşlara el yatırma yöntemi ile sürülerek 15
tabakalı kompozit malzeme üretilmiştir.
ASTM standartlarına uygun olarak, üretilen numunelere, çekme ve üç nokta eğme testleri uygulanmıştır.
Ayrıca, bu numunelerin deformasyon altında depolayabildiği ve harcadığı mekanik enerjiyi belirlemek için
Dinamik Mekanik Analizleri (DMA) gerçekleştirilmiştir.
Yapılan deneyler sonucunda, karbon nanotüp ilavesi, malzemenin çekme, eğilme dayanımları ve
termomekanik özelliklerini değiştirmiştir. Karbon nanotüp katkılı numunelerin çekme ve eğilme dayanımı,
karbon nanotüp oranı %0,75’e kadar arttıkça iyileştiği görülmüştür. Ancak katkılı numunelerin bazı
oranlarında, karbon nanotüpün epoksi reçine içerisine homojen dağılmaması yani topaklanmasından
dolayı, çekme ve eğilme dayanımları katkısız numunelere kıyasla azalmıştır. Ağırlıkça % 0,5 ve 0,75 karbon
nanotüp içeren numuneler, sırasıyla, çekme ve eğilme testleri(dayanım ve modül) açısından en iyi sonuçları
vermiştir. Ayrıca, dinamik mekanik analizlerde, sıcaklık artışıyla birlikte depolanan modül miktarı tüm
numunelerde düşmüştür. Yine, camsı geçiş sıcaklığında en fazla artış, ağırlıkça % 0,5 karbon nanotüp
içeren numunelerde elde edilmiştir.
FULL TEXT (PDF):
- 4