Tribological behaviour of polymer nanocomposites containing tungsten based nanoparticles

Abstract

Nanoyapılandırılmı katkı maddelerinin epoksi reçine içerisinde kullanılmasıtermoset kompozitlerin gelitirilmesinde ciddi bir rol oynamaktadır. norganiknanoparçacıklarla güçlendirilmi polimer kompozitler üzerine yapılan son çalımalar,bu kompozitlerin düük sürtünme katsayısına sahip ve yüksek aınma mukavemetigösteren malzemelerin üretimindeki önemli potansiyeli ortaya çıkarmıtır.Bu çalımada, epoksi nanokompozitler ve fiber ile güçlendirilmi polimerkompozitler, mekanik alaımlama ile üretilmi tungsten bazlı nano yapılı partiküllereklenerek hazırlanmıtır. Nano yapılı bu katkıların kompozit lamine yapılara venanokompozitlere tribolojik, mekanik ve termal özellikler bakımından etkileriincelenmitir. Nano yapıda partikül katkılı ve katkısız kompozit lamine yapılar elyatırması yöntemi ile üretilmi ve basınç altında kürletirilmitir.Tungsten bazlı partiküllerin ilave edilmesi, lamine kompozit yapıların venanokompozitlerin eme özelliklerine, ayrıca nanokompozitlerin çekme özelliklerineönemli bir etkisi olmadıı bulunmutur. Nano parçaların sadece %3 aırlık oranındaeklenmesi nanokompozitlerin sertlik deerlerini arttırması yanında aınmadayanımlarını da önemli ölçüde arttırdıı bulunmutur. Bununla birlikte, %3 aırlıkoranındaki 24 saat mekanik ilem görmü W-SiC-C tozunun fiber ile güçlendirilmiepoksi yüzeyine eklenmesi ile aınma dayanımında oldukça önemli iyilemegözlenmitir. Aınmı yüzeyler taramalı electron mikroskopu (SEM) ile incelenmitir vesonuçlar aınma mekanizmasının matriks içinde varolan nano parçalara balı olarakdeitiini göstermitir. Diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) sonuçları,nanokompozitlerin camsı geçi sıcaklıına (Tg) nano parçaların önemli bir etkisininolmadıını göstermitir. Nano parçaların varlıı, lamine kompozit yapıların venanokompozitlerin dinamik mekanik özelliklerini arttırmıtır.

The use of nanostructured fillers in epoxy systems has a significant role on thedevelopment of thermosetting composites. Recent investigations on inorganicnanoparticles filled polymer composites reveal their significant potential in producingmaterials with low friction and/or high wear resistance.In the present study, epoxy nanocomposites and fiber reinforced polymer (FRP)composites were prepared with the addition of tungsten based nanostructured particleswhich are produced by mechanical alloying. The effects of the nanostructured additiveson the tribological, mechanical and thermal properties of composite laminates andnanocomposites were investigated. Composite laminates with and without filler weremanufactured by using hand lay-up technique and cured under compression.It was found that tungsten based particle loading has no significant effect on theflexural properties of the nanocomposites and the composite laminates, and the tensileproperties of the nanocomposites. It was found that while the addition of 3 wt. % ofnanoparticles increases the hardness values, it significantly improves the wear resistanceof nanocomposites. Furthermore, the significant improvement on the wear resistancewas observed with the addition of 3 wt. % W-SiC-C (24h mechanical milling) powderonto the surface of fiber reinforced epoxy. The worn surfaces were examined withscanning electron microscopy (SEM) and the results revealed that wear mechanisms arealtered due to the presence of nanoparticles in the matrix. Differential scanningcalorimetry (DSC) results showed that nanoparticles have no significant effect on glasstransition temperatures (Tg) of nanocomposites. Incorporation of nanoparticlesincreased the thermo mechanical properties of nanocomposites and compositelaminates; including the storage and loss modulus and Tg.