Mechanical and thermal properties of non-crimp glass fiber reinforced composites with silicate nanoparticule modified epoxy matrix

Abstract

Bu çalı mada, kıvrımsız cam fiberlerle güçlendirilmi polimer kompozitlerinmatriksi olarak kullanılmak üzere modifiye edilmi ve edilmemi silikananopartiküller ile epoksi bazlı nanokompozitler hazırlanmı tır. Silikananopartiküllerinin, cam takviyeli kompozitlerin mekanik, termal ve yanmaözelliklerine etkisi ara tırılmı tır. Kompozitler el yatırması yöntemi ile üretilmi vebasınç altında kürlenmi tir. Silika tabakaları arası mesafeyi arttırma ve matriksiçinde daha iyi da ılmalarını sa lamak amacı ile silika (montmorillonit, MMT)partikülleri hexadecyltrimethylammonium chloride (HTAC) yüzey aktif maddesi ilekimyasal i leme tabi tutulmu tur. Modifiye edilmi ve edilmemi silika partiküllerininX-ı ınımı kırınımı test sonuçları, tabakalı silikaların galeriler arası bo lukmesafesinin modifikasyon ile arttı ını göstermi tir. Çekme testi sonuçları kiltakviyesinin kompozitlerin çekme mukavemeti ve modülüne çok az bir etkisioldu unu göstermektdir. Kompozitlerin e me özellikleri, silika eklenmesiyle iyile encam fiber-epoksi matriks ara yüzüne ba lı olarak geli mi tir. Silika takviyesi,kompozitlerin laminalar arası kayma mukavemetini (ILSS) dü ürmekte fakatkompozitlerin kırılma toklu unu (KIC) arttırmaktadır. Taramalı elektronmikroskobu ile kırılma yüzeyleri incelenmi tir ve sonuçlar matriksin içindeki silikapartiküllerinin varlı ının kırılma mekanizmalarını de i tirdi ini göstermi tir.Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) sonuçları modifiye edilmi kilpartiküllerinin kompozitlerin camsı geçi sıcaklıklarını (Tg) bir miktar arttırdı ınıgöstermi tir. Modifiye edilmi silika partiküllerinin eklenmesi ile kompozitlerindinamik mekanik özelliklerinde artı gözlenmi tir. Kompozitlerin yanma geciktirmeözelli inin epoksi matrikse silika partikülleri eklenmesi ile geli ti i gözlenmi tir.

In the present study, epoxy based nanocomposites were prepared withmodified and unmodified silicate nanoparticules to apply as a matrix resin for non-crimp glass fiber reinforced polymer composites. The effects of the silicatenanoparticules on the mechanical, thermal and flame retardancy properties of glassreinforced composites were investigated. Laminates were manufactured with handlay-up technique and cured under compression. To intercalate the layers and obtainbetter dispersion of silicate layers within the matrix, silicate (montmorillonite, MMT)particules were treated with hexadecyltrimethylammonium chloride (HTAC)surfactants. X-ray diffraction of silicates with and without surface treatmentindicated that intergallery spacing of layered silicate increased with surfacetreatment. Tensile tests showed that silicate loading had minor effect on the tensilestrength and modulus of the composite laminates. Flexural properties of laminateswere improved with the addition of silicate due to the improved interface betweenglass fibers and epoxy matrix. With the addition of modified MMT (OMMT),interlaminar shear strength (ILSS) of laminates decreased slightly but fracturetoughness (KIC) of laminates were increased. The fracture surfaces were examinedwith scanning electron microscopy (SEM) and the results revealed that fracturemechanisms were altered due to the presence of silicates in the matrix. Differentialscanning calorimetry (DSC) results showed that modified silicate particules increasethe glass transition temperatures (Tg) of composite laminates. Incorporation ofOMMT particules increased the dynamic mechanical properties of non-crimp glassfiber reinforced epoxy composites. It was found that the flame resistance ofcomposites was improved due to silicate particule additions into the epoxy matrix.