Synergetic effect of rubber on the tensile and flexural properties of graphene based epoxy-carbon fiber hybrid nanocomposite

Hawal, Tushar; Patil, M. S.; Kulkarni, Raviraj M.; Nandurkar, Santosh

doi:10.1016/j.matpr.2019.11.315

Cited by 7 publications

(4 citation statements)

References 22 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…So, thermoset polymer composites have a large application in automotive, structural components, aerospace, sport, and chemical industries. 2,3 The epoxy resin used as a matrix material in polymer composites has several advantages. It is highly recommended for many structural, automotive, and other applications due to its high-temperature resistance, high stiffness, and better corrosion resistance.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Synthesis and mechanical characterization of epoxy hybrid composites containing graphene nanoplatelets

Namdev

Telang

Purohit

2022

Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C:

View full text Add to dashboard Cite

The light-weight and excellent mechanical properties of polymer composites have attributed their use in different structural parts in the aerospace and automobile industries over the past decades. In this research, carbon fiber and Graphene nanoplatelets (GNP) reinforced hybrid composites were fabricated via hand layup followed by compression molding. Effect of different weight percent of GNP (0, 0.25, 0.50, 0.75, and 1 wt%) on mechanical, thermal, and physical properties were analyzed. In comparison to other composites, the 0.5 wt% GNP filled carbon fiber/epoxy composite has improved tensile and flexural strength, inter laminar shear strength, and Vickers hardness. At 0.25 wt% GNP-filled epoxy hybrid composite, impact strength was at its peak. The maximum tensile and flexural strength values were obtained at 0.5 wt% of GNP, 11%, and 8% higher than neat fiber composites. The 0.5 wt% GNP composite has the highest heat deflection temperature and thermal conductivity in terms of thermal characteristics. The morphology of composites was explored by field emission scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray analysis. X-ray diffraction and Fourier transform infrared spectroscopy were also performed for nanocomposite characterization.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…12 Boron nitride (BN) or GNP is used for making epoxy composites at different wt %. [1][2][3][4] GNP-filled epoxy composites show excellent mechanical characteristics and thermal conductivity as compared to BN-filled composites. At 4% of GNP, thermal conductivity is the maximum of epoxy composite.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Synthesis and mechanical characterization of epoxy hybrid composites containing graphene nanoplatelets

Namdev

Telang

Purohit

2022

Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C:

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…During the past decades, numerous attempts have been made to improve the brittleness and fracture energy of epoxy resins by mixing with soft rubber nanoparticles and rigid nanofillers, such as silica, 6,7 alumina 8,9 and carbon-based fillers. 10,11 Of these nanofillers, elastomeric nanoparticles of ∼55 nm in diameter are regarded as the most effective, as shown by an improvement of 877% in fracture energy observed at 5.0 vol% nanoparticle fractions. 12 It is well established that rubber particles can produce the desired effect on toughening brittle epoxy, 12–16 but they usually cause deterioration to other important properties, such as mechanical strength and Young’s modulus.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Nano-silica reinforced epoxy resin/nano-rubber composite material with a balance of stiffness and toughness

Wang

Cao

Xue

et al. 2021

High Performance Polymers

View full text Add to dashboard Cite

In the electronics and aerospace industries, epoxy resins are generally regarded as economical and efficient adhesives and have a high status. However, epoxy resins are highly crosslinked polymers and are very brittle adhesives where they are prone to fast crack propagation under dynamic loads. Therefore, it is very necessary to enhance the toughness of epoxy resin adhesives. Nano-rubber has been proved to be an important toughening agent for epoxy resin, which can significantly improve the fracture toughness of epoxy resin. However, increasing the toughness of epoxy resin by adding nanomaterials is often accompanied by decreasing the strength and stiffness of resin. Therefore, in this work, rigid nano-silica particles were added to improve the rigidity and tensile strength reduction caused by the addition of rubber particles. And further increase the toughness of the epoxy resin to obtain an epoxy adhesive with balanced stiffness-toughness. As a result, it can be found that the addition of silica particles can significantly improve the decrease in stiffness caused by the addition of rubber particles. For example, Young’s modulus and tensile strength are increased by 28%, and 23%, respectively, with 4% silica is added based on rubber particles. Through the single lap shear experiment, it is found that the shear strength of the epoxy/RnP/silica composite adhesive has increased, which further proves that the addition of nano-silica particles can increase the stiffness of the epoxy composite. The dynamic mechanical analysis experiment found that after adding nano-silica particles, the storage modulus of epoxy composites increased, which also shows that adding nano-silica particles can improve the stiffness of epoxy composites. Scanning electron microscopy analysis was performed to study the reinforcement mechanism of epoxy/RnP/silica composite materials. The thermal stability of epoxy composites was characterized by Dynamic mechanical analysis and thermogravimetric analysis.

show abstract

“…Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές εφελκυσμού για τις ηλεκτροχημικά κατεργασμένες ίνες άνθρακα ώστε να προσδιοριστούν οι μηχανικές τους ιδιότητες και να διαπιστωθεί η επίδραση της κατεργασίας. Από την ανάλυση των δοκιμών εφελκυσμού προέκυψαν τα διαγράμματα τάσηςπαραμόρφωσης από τα οποία λαμβάνονται πληροφορίες για την μηχανική απόδοση των ηλεκτροχημικά κατεργασμένων ινών άνθρακα [115,116]. Οι ιδιότητες εφελκυσμού εξήχθησαν από τις Εικόνες 105 και 106 και συνοψίζονται παρακάτω στον Πίνακα 34.…”

Section: δοκιμές εφελκυσμού (Tensile Tests)unclassified

Σύνθεση Προηγμένων Πολυμερών Και Διεργασίες/Τροποποιήσεις Σύνθετων Υλικών Με Βάση Τον Άνθρακα

Γούλης¹

View full text Add to dashboard Cite

H διατριβή επικεντρώνεται στη σύνθεση πρόδρομων ενώσεων ινών άνθρακα (Carbon Fibers - CF) με βάση πρώτες ύλες χαμηλού κόστους και όσο το δυνατόν πιο φιλικές στο περιβάλλον. Αποσκοπεί στην ενσωμάτωση επιθυμητών χαρακτηριστικών χωρίς να θέτει σε κίνδυνο την απόδοση, την ποιότητα, τη λειτουργικότητα και την ωφέλιμη ζωή του τελικού προϊόντος, με στόχο την ελαχιστοποίηση των επιβλαβών επιπτώσεων των διάφορων ενώσεων στην ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον, επιλέγοντας οικολογικά υλικά ή πρακτικές σύνθεσης και χρησιμοποιώντας λιγότερους φυσικούς πόρους. Μέσα σε αυτά τα πλαίσια, έγινε προσπάθεια αξιοποίησης της λιγνίνης, ενός φυσικού πολυμερούς, που βρίσκεται σε αφθονία στη φύση. Έτσι, πραγματοποιείται σύνθεση πρόδρομων ενώσεων ινών άνθρακα μέσω κλασικού ριζικού πολυμερισμού και οργανικών αντιδράσεων με βάση τη λιγνίνη, βασικό παραπροϊόν της χαρτοβιομηχανίας. H λιγνίνη είναι βιοπολυμερές που συναντάται στο ξύλο και είναι ένα από τα βασικά συστατικά που του προσδίδει αντοχή. Μέχρι σήμερα χρησιμοποιείται ευρέως, κυρίως για καύση προς παραγωγή ενέργειας. Στην προσπάθεια εύρεσης νέων οικολογικών πρώτων υλών εξετάζεται τα τελευταία χρόνια η χρήση της λιγνίνης ως πρόδρομη ένωση CF με σκοπό την αύξηση της προστιθέμενής της αξίας. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα της λιγνίνης, που την καθιστούν πολλά υποσχόμενη πρόδρομη ένωση για CF είναι α) το υψηλό ποσοστό σε άνθρακα (60%) που διαθέτουν τα μακρομόριά της, λόγω των φαινυλοπροπανικών ομάδων και β) ότι αποτελεί μια πολύ οικονομική, ανανεώσιμη και εύκολα διαθέσιμη από την φύση πρώτη ύλη. Παρόλα αυτά, αρκετά μειονεκτήματα της λιγνίνης που οφείλονται στα αρχικά στάδια της απομόνωσής της, επηρεάζουν τη διαδικασία ινοποίησης και τη σταθεροποίησή της στη συνέχεια. Ο στόχος αυτής της εργασίας είναι να παρουσιάσει διαφορετικές πορείες για βελτίωση της παραγωγής πρόδρομων ινών άνθρακα, χρησιμοποιώντας εναλλακτικές πρόδρομες ενώσεις και κατάλληλη ρύθμιση των διεργασιών (π.χ. σταθεροποίηση). Αυτή η μελέτη έχει ως σκοπό να εισάγει τη λιγνίνη ως αποτελεσματικό πρόδρομο ινών άνθρακα, μειώνοντας το κόστος παραγωγής και αυξάνοντας τον όγκο της. Κυρίως όμως εστιάζει στη διεξαγωγή πρωτοπόρων διαδικασιών με γραμμές ροής και βελτιωμένο έλεγχο μέσω μιας μονάδας για πιλοτική συνεχή παραγωγή πολυμερικών ινών. Στην παρούσα εργασία, ίνες λιγνίνης-πολυμερών με διαμέτρους της τάξης των μm συντίθενται επιτυχώς μέσω ξηρής ινοποίησης και ινοποίησης τήγματος. Η ξηρή ινοποίηση (dry spinning) είναι η διαδικασία δημιουργίας ινών που μετατρέπει ένα διάλυμα πολυμερούς με υψηλή τάση ατμών σε μία στερεή ίνα με ελεγχόμενη εξάτμιση διαλύτη στη γραμμή ινοποίησης. Σε αυτή την εργασία, συντίθενται διαφορετικοί τύποι πολυμερικών ινών μέσω της ξηρής ινοποίησης. Αυτές οι ίνες χαρακτηρίζονται με ποικίλες τεχνικές χαρακτηρισμού. Όμως, σε αυτή τη μελέτη χρησιμοποιείται κυρίως η μέθοδος της ινοποίησης τήγματος (melt spinning), η οποία είναι και η πλέον αποτελεσματική για συνεχή παραγωγή πολυμερικών ινών. Η ινοποίηση τήγματος είναι η διαδικασία παραγωγής ινών κατά την οποία από στερεά υλικά δημιουργείται ένα ρευστό πολυμερικό τήγμα το οποίο εκβάλλεται από τη μήτρα εκβολής, συνήθως με κυλινδρικό στόμιο, και ακολούθως έρχεται σε επαφή με μικρούς κυλίνδρους έλασης, όπου ελάσσεται, επιμηκύνεται και οδεύει προς περιτύλιξη.Σε αυτό το στάδιο δοκιμάζονται ποικίλες συνθέσεις έτσι ώστε να διερευνηθεί η παραγωγή ενός σύνθετου υλικού που να περιέχει λιγνίνη και το οποίο να είναι ταυτόχρονα ινοποιήσιμο και ικανοποιητικά κατεργάσιμο σε επόμενα στάδια. Στη συνέχεια ελέγχεται η σταθεροποίηση και ανθρακοποίηση χρησιμοποιώντας ποικίλες μεθόδους, θερμικές και χημικές, όπως για παράδειγμα θερμική οξειδωτική σταθεροποίηση, θερμική σταθεροποίηση σε αδρανή ατμόσφαιρα, και χημική σταθεροποίηση – σουλφονίωση. Έπειτα εξετάζεται η δύναμη εφελκυσμού των παραχθέντων ινών, κατασκευάζοντας κατάλληλα σύνθετα ρητίνης – πολυμερικών ινών σύμφωνα με συγκεκριμένο πρότυπο (dog-bones). Τα δοκίμια αυτά υποβάλλονται σε δοκιμές εφελκυσμού και έτσι υπολογίζεται η δύναμη εφελκυσμού, ενώ συγκρίνονται τα μέτρα ελαστικότητας μεταξύ των διαφορετικών ινών, ώστε να βγει συμπέρασμα σχετικά με το πως συνδέεται η χημική σύνθεση της ίνας και οι μηχανικές της ιδιότητες. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι μηχανικές ιδιότητες αυτών των συνθέτων αποδείχθηκαν της ίδιας τάξης μεγέθους ή και καλύτερες από την πλειοψηφία των συνθέτων φυτικών ινών, σύμφωνα με τη βιβλιογραφία. Ακόμα, ερευνάται η ηλεκτροχημική τροποποίηση εμπορικών ινών άνθρακα (ηλεκτροχημική οξείδωση), όπως επίσης γίνονται και ορισμένα πειράματα ηλεκτροπολυμερισμού μεθακρυλικού οξέος στην επιφάνεια των ινών και διερεύνηση της επίδρασης αυτών των τεχνικών στις μηχανικές τους ιδιότητες.

show abstract

Synergetic effect of rubber on the tensile and flexural properties of graphene based epoxy-carbon fiber hybrid nanocomposite

Cited by 7 publications

References 22 publications

Synthesis and mechanical characterization of epoxy hybrid composites containing graphene nanoplatelets

Synthesis and mechanical characterization of epoxy hybrid composites containing graphene nanoplatelets

Nano-silica reinforced epoxy resin/nano-rubber composite material with a balance of stiffness and toughness

Σύνθεση Προηγμένων Πολυμερών Και Διεργασίες/Τροποποιήσεις Σύνθετων Υλικών Με Βάση Τον Άνθρακα

Contact Info

Product

Resources

About