Development of multi and double walled carbon nanotubes (CNTs)/ vinylester nanocomposites

Abstract

Bu çalışma, amin gruplu ve grupsuz iki ve çok tabakalı nanotüpleri (MWCNTs, DWCNTs, MWCNT-NH2 ve DWCNT-NH2) içeren vinilester ve poliester hibrid esaslı reçinelerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu üzerine odaklanmıştır. Üç silindirli değirmen tekniği, karbon nanotüp ihtiva eden reçine süspansiyonlarını hazırlamak için kullanılmıştır. Reçine süspansiyonları üzerinde gerçekleştirilen reolojik ölçümler, çok düşük konsantrasyonda (% ağ. 0.05, 0.1 ve 0.3) ilave edilen MWCNTs ve MWCNT-NH2 nin hibrid reçinenin akış özelliklerini belirgin bir biçimde etkilediğini göstermiştir. Ağ. % 0.3 MWCNTs ve MWCNT-NH2 içeren hibrid reçinelerin kürlenme davranışı oldukça kapsamlı çalışılmıştır. Sonuçta, amin fonksiyonel grupları olsun ya da olmasın, nanotüplerin hibrid reçinenin polimerizasyonunu etkilediği bulunmuştur. Ayrıca, sitiren ve vinil ester monomerlerinin son dönüşüm oranlarının, karbon nanotüp çeşidine göre değiştiği bulunmuştur. Nanokompozitlerin camsı geçiş sıcaklıklarının nanotüp oranı ile arttığı gözlemlenmiştir. MWCNTs ve MWCNT-NH2 iceren nanokompozitler, katkısız hibrid reçineye göre daha yüksek çekme mukavemeti, elastik modulus, kırılma tokluğu ve enerjisi değerleri göstermişlerdir. Diğer taraftan, nanokompozitlerin elektriksel özellikleri de incelenmiştir. Sonuçta, MWCNTs ihtiva eden nanokompozitlerin en düşük elektriksel iletkenlik eşik (percolation threshold) değerine sahip olduğu bulunmuştur. AC elektrik alanı altında yönlendirilmiş nanotüp içeren nanokompozitler de ayrıca üretilmiştir. Son olarak, CNT/ reçine süspansiyonlarından elde edilen sonuçlara dayalı olarak, bir durum çalışması olarak, CNT modifiye edilmiş reçine süspansiyonları kullanılarak elektriksel iletkenliğe sahip cam elyaf takviyeli kompozit laminalar vakum destekli reçine kalıplama metodu (VARTM) ve reçine kalıplama metodu (RTM) kullanılarak başarı ile üretilmiştir.

This study focuses on development and characterization of thermosetting resin based nanocomposites containing multi and double walled carbon nanotubes with and without amine functional groups (MWCNT, DWCNTs, MWCNT-NH2 and DWCNT-NH2). A novel 3-roll milling technique was conducted to prepare the resin suspensions with carbon nanotubes (CNTs). Rheological measurements performed on the resin suspensions showed that addition of very low contents (0.05, 0.1 and 0.3 wt. %) of MWCNTs and MWCNT-NH2 affected the flow characteristic of the resin, significantly. Further, the curing behavior of a vinylester-polyester hybrid resin suspensions containing 0.3 wt % of MWCNTs and MWCNT-NH2 was intensively studied. It was found that regardless of amine groups, presence of CNTs affected the polymerization of the hybrid matrix resin. Final individual fractional conversion rates of styrene and vinylester monomers were found to be vastly dependent on the type of CNTs. Glass transition temperature (Tg) values of the nanocomposites with MWCNTs and MWCNT-NH2 were found to increase with filler content. Moreover, nanocomposites containing MWCNTs and MWCNT-NH2 were found to possess higher tensile strength, elastic modulus as well as fracture toughness and fracture energy as compared to the neat hybrid resin. On the other hand, electrical properties of the nanocomposites were also investigated and it was found that nanocomposites with MWCNTs exhibited the lowest percolation threshold value. In addition, nanocomposites with amino functionalized CNTs were found to exhibit lower electrical conductivity as compared to those with untreated CNTs. Nanocomposites with AC electric field induced aligned CNTs were also prepared. Finally, based on the findings obtained for CNT/ resin suspensions, as a case study, electrically conductive glass fiber reinforced composite laminates were successfully produced, using the CNT modified resin suspensions as matrix material, via Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) and Resin Transfer Molding (RTM) methods.