MWCNTs grown carbon fabric/epoxy nanocomposites and their mechanical/thermal/electrical properties

Abstract

Polimer nanokompozitler, modern nanoteknolojinin araştırılması ve geliştirilmesinin en popüler alanlarından biridir. Bu kapsamında, çok duvarlı karbon nanotüpler karbon kumaşlar üzerinde kimyasal buharlama (CVD) tekniğinin kullanımı ile geliştirilmiştir. Hazır MWCNTs, alınan karbon kumaşlar ve MWCNTs büyütülen karbon kumaşlar ile güçlendirilmiş epoksi polimer kompozitler, mekanik, termal ve elektriksel özelliklerini araştırmak amacıyla üretilmiştir. MWCNTs polimer nanokompozitlere ilave etmede hem matris modifikasyonu (polimer ile doğrudan karıştırma) hem de lif modifikasyonu (lif üzerinde büyüme) teknikleri kullanıldı. Karbon lif ve MWCNT takviyeli epoksi kompozit yapılar üretmek için elle yatırma tekniği ve sıcak pres kullanılmıştır, epoksi/MWCNT kompozitleri için kalıba döküm ve fırında kürleme yapılmıştır.CVD ile büyütülen MWCNTs'in modifiye edilmiş karbon kumaş takviyeli epoksi kompozit yapıları, mukavemetleri ve modülleri bozulmuş olsa da, gelişmiş eğilme gerilimi gösterdi. Katmanlar arası kesme mukavemeti ve kopmaya kadar kayma gerilmesi özellikleri de azaltılmıştır. MWCNTs, yüksek mukavemet ve elastik modüllerinden dolayı nanofiller kadar ilgi çekici malzemeler olarak kabul edilmelerine rağmen, mevcut çalışmalarla iyi uyum içinde olan epoksi polimer kompozitleri geliştiremediler [1–4]. Öte yandan, belirli bir miktara (ağırlıkça %0.1) kadar MWCNTs, katmanlar arası kesme özellikleri dışında karbon/epoksi kompozit yapıların mekanik özelliklerini iyileştirmiştir. Hem epoksi/MWCNTs hem de karbon/epoksi/MWCNTs kompozit yapılarının termal ve elektriksel iletkenlik özelliklerinin MWCNT nanodolgu maddelerinin eklenmesiyle arttığı bulunmuştur.

Polymer nanocomposites (PNCs) are one of the most popular fields of modern nanotechnology research and development. Within the scope of this research, multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) were grown on carbon fabrics via chemical vapor deposition (CVD) technique. Epoxy polymer composites reinforced with as-received MWCNTs, as-received carbon fabrics and MWCNTs grown carbon fabrics were produced to investigate their mechanical, thermal, and electrical properties. Both matrix modification (direct mixing MWCNTs with polymer) and fiber modification (growing MWCNTs onto the fiber) techniques were used to introduce MWCNTs to PNCs. The hand lay-up technique followed by hot-press curing was employed to produce carbon/epoxy/MWCNTs composite structures, whereas the mold casting and oven curing was followed to produce the epoxy/MWCNTs composites.The CVD-grown MWCNTs modified carbon fabric reinforced epoxy composite structures showed enhanced flexural strain to failure properties though their strength and modulus were degraded. Short beam shear strength and shear strain to failure properties were also reduced. On the other hand, though MWCNTs are considered as intriguing materials as nanofillers due to their high strength and elastic modulus, they failed to improve the epoxy/MWCNTs composites that are in good agreement with existing studies [1–4]. However, MWCNTs up to a certain content (0.1 wt.%) enhanced the mechanical properties of the carbon/epoxy composite structures except for the interlaminar shear properties. Thermal and electrical conductivity properties of both epoxy/MWCNTs and multiscale carbon/epoxy/MWCNTs composite structures were found to be enhanced with the addition of MWCNTs nanofillers.