An experimental study on the incorporation of carbon nanotubes into resin transfer molded composites

Abstract

Elyaf takviyeli kompozit malzemelerin elektriksel, mekanik ve termal özellikleri, kendilerini oluşturan ana bileşenlerin çeşitli nano fazlar ile takviye edilmesi yardımıyla güçlendirilebilir. Endüstriyel ölçekte bunu mümkün kılabilecek entegrasyon yöntemi, kolaylıkla uygulanabilir, büyük parçalara uygulanabilir ve düşük maliyetli olmalıdır. Literatürde, temel olarak 4 ana üretim yöntemiyle gerçekleştirilen çok sayıda çalışma yer almaktadır. Ancak bu var olan yöntemlerin her birisi, nano yapıların(örn. karbon nanotüpler, çeşitli polimerlerin nanofiberleri yada grafen) elyaf takviyeli kompozitlere entegre edilmesinde çeşitli dezavantajlara sahiptir. Özellikle büyük ölçülü parçalarda ve endüstriyel ölçekte literatür tekniklerinin uygulanması hala önemli bir problem teşkil etmektedir. Bu nedenle bahsedilen üretim problemlerini ortadan kaldırabilmek için, karbon nanotüp gibi nano fazların reçine transfer kalıplama (RTM) yöntemiyle üretilen kompozitlere elektrospin ve elektrosprey ile entegre edildiği yeni bir yaklaşım tasarladık.Bu çalışma karbon nanotüplerin bir yüzey ajanı kullanıldığında ve kullanılmadığında kompozit malzemelere entegrasyonuna ve epoksi-uyumlu CNT gömülmüş bir nanofiber ara tabakasının kompozit malzemeye entegrasyonuna dair detayları içermektedir. Sistem tasarımı, karbon nanotüplerin dispersiyonu ve yönlenmesine dair detaylarla birlikte, mekanik test sonuçları sunulmuştur.

Fiber reinforced composites can be engineered to present superior mechanical, thermal and electrical properties if primary constituents are integrated with nano phase structures. The preferable integration methodology is such that it should be easily applicable, up scalable and of low cost for industrial needs. There are numerous studies on literature based on mainly four different manufacturing methods, namely, in-resin infusion,CVD growth, interlyer placement and electrophoretic deposition. Each of these methods has distinct drawbacks such as dispersion, viscosity and alignment etc. in integrating nano phase structures (i.e., carbon nanotubes, nano fibers of various polymers, or graphene) into fiber reinforced composites. The integration of nano structures into traditional polymeric composites by means of these techniques at large scale still remains as a challenge ahead. Therefore, we have developed a new approach to circumvent associated up-scaling and manufacturing issues wherein carbon nanotubes are incorporated into fiber reinforced composites manufactured by Resin Transfer Molding (RTM) method through electro-spraying and electro-spinning processes.This study covers the incorporation of carbon nanotubes (CNT) with and without use of a surface agent and incorporation of epoxy compatible CNT grafted nanofibrous interlayer. Design and operation of experimental system focusing on the dispersion and alignment of carbon nanotubes and pertinent mechanical test results are presented.