Öğütme yoluyla grafitten elde edilen grafenin epoksi nanokompozit özelliklerine etkileri

Abstract

Nanoparçacıklar gösterdikleri üstün özellikleri sayesinde birçok endüstriyel alanda kullanıma sahiptir. Son yıllarda nano boyutlu malzemeler, özellikle grafen üzerine gerçekleştirilen çalışmalar büyük bir gelişme göstermektedir ve üretimi için farklı fiziksel ve kimyasal yöntemler geliştirilmiştir Bilyalı öğütme tekniği de nanoparçacık üretiminde kullanılan güçlü bir mekanik aşındırma yöntemidir. Bu yöntem ile grafen, grafitin mekanik olarak tabakalara ayrışması yoluyla üretilmektedir. Bu çalışmada grafitin farklı çözeltiler içerisindeki dağılımı optik mikroskop kullanılarak incelenmiş, en iyi dağılımın SDS (sodyum dodesil sülfat) ve DMF (dimetil formamid) çözeltilerinde olduğu gözlemlenmiştir. Öğütme işleminin parametreleri olarak çözücü, dönme hızı, bilya toz oranı (BTO), bilya boyutu ve süre etkisi çalışmaları yapılmış ve sonuç olarak çok katmanlı grafen nanoyapılar elde edilmiştir. Üretilen grafenin karakterizasyonu, SEM, RAMAN ve XPS analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Nanoparçacık takviyeli karbon iplik (fiber) dolgulu kompozit malzemeler sıradan kompozitlere göre fiziksel ve kimyasal özellikler açısından avantaj sağlamaktadır. Bu çalışmada da katkısız ve kütlece %0,5, %1, %2, %4 , %7, %10, %15 oranında grafit ve grafen katkılı tabakalı karbon/epoksi kompozitler üretilmiş olup, nanoparçacık katkısının kompozitlerin elektriksel ve mekanik özelliklerine etkileri incelenmiştir. Elektriksel iletkenlik testleri iplik yönü, iplik yönüne dik ve kalınlık doğrultusunda gerçekleştirilmiş olup ardından, kompozitlerin tabakalar arası kayma testleri yapılmıştır (ILSS).Anahtar kelimeler: Nanoparçacık, bilyalı öğütme, grafit, grafen, mekanik ayrılma, karbon iplik, epoksi reçine, tabakalı kompozit, elektriksel iletkenlik, tabakalararası kayma dayanımı.

Nanoparticles have utility in many industrial areas due to their superior properties. Recently, studies on nano-sized materials, especially graphene, have shown a great improvement and different physical and chemical methods have been developed for production of these materials. Ball milling is an effective method of mechanical abrasion used in nanoparticle production. Graphene is produced by mechanical exfoliation of graphite using this technique. In this study, the distribution of graphite in the solutions was examined by using an optical microscope and it was observed that the best dispersion was in SDS and DMF solutions. Effect of solvent type, rotation speed, ball to powder ratio, ball size and grinding duration were studied parameters of the process and at the end, multilayered graphene nanostructures were obtained. SEM, RAMAN and XPS analyses were performed for the characterization of the produced graphene. Nanoparticle incorporated and carbon fiber reinforced composite materials provide advantages in terms of physical and chemical properties compared to ordinary composites. In this study, neat, graphite and graphene incorporated carbon/epoxy composites with the weight ratio of 0,5%, 1%, 2%, 4%, 7%, 10% and 15% were produced and the effects of nanoparticle addition on electrical and mechanical properties were investigated. Electrical conductivity was investigated in the direction of fiber, transverse and through the thickness direction. Also, interlaminar shear strength tests (ILSS) of composites were conducted.Keywords: Nanoparticle, ball milling, graphite, graphene, mechanical exfoliation, carbon fiber, epoxy resin, laminated composite, electrical conductivity, interlaminar shear strength.