Twin-screw extrusion of multi walled carbon nanotubes reinforced polycarbonate composites: Investigation of electrical and mechanical properties

Mack, Charles H.; Sathyanarayana, S.; Weiß, Patrick; Mikonsaari, Irma; Hübner, Christof; Henning, Frank; Elsner, Peter

doi:10.1088/1757-899x/40/1/012020

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“…These reasons could have contributed to lower than expected elastic modulus of the composites in spite of excellent MWCNT dispersion in the matrix (as observed from Figures 2 and 3). Similar observations have been reported earlier in [42][43][44]. The tensile strength of the composites as observed in Figure 9 happens to be almost identical to the stress at yield and the stress at break.…”

Section: Glass Transition and Matrix-filler Interactionssupporting

confidence: 90%

Multiwalled carbon nanotubes incorporated into a miscible blend of poly(phenylenether)/polystyrene – Processing and characterization

Sathyanarayana

Wegrzyn²,

Olowojoba³

et al. 2013

Express Polym. Lett.

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Abstract. 4 wt% multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) were incorporated into a miscible blend of polyphenylenether/ polystyrene (PPE/PS) on a twin-screw extruder at a screw speed of 600 rpm. The masterbatch obtained was diluted at 400 and 600 rpm to obtain lower MWCNT loadings in PPE/PS. Electron microscopy & optical microscopy images show very good MWCNT dispersion even at high filler loadings of 4!wt%, but slightly larger agglomerate size fractions are observable at higher screw speeds. While MWCNT addition enhanced the thermal stability of PPE/PS, a small change in glass transition was observed on the composites at different filler concentrations compared to PPE/PS. The specific heat capacity at glass transition decreases considerably until 2!wt% MWCNT and levels down thereafter for both processing conditions pointing to enhanced filler-matrix interaction at lower loadings. Storage modulus of the nanocomposites was enhanced significantly on MWCNT incorporation with reinforcing effect dropping considerably as a function of temperature, especially at lower filler contents. The modulus and the tensile strength of PPE/PS were only marginally enhanced in spite of excellent MWCNT dispersion in the matrix. Electrical percolation occurs at 0.4!wt% MWCNT content, and the electrical conductivity of 0.5!wt% MWCNT reinforced PPE/PS was close to 12 orders in magnitude higher compared to PPE/PS.

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Section: Glass Transition and Matrix-filler Interactionssupporting

confidence: 90%

Multiwalled carbon nanotubes incorporated into a miscible blend of poly(phenylenether)/polystyrene – Processing and characterization

Sathyanarayana

Wegrzyn²,

Olowojoba³

et al. 2013

Express Polym. Lett.

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“…Several processing methodologies such as solution casting [59][60][61], melt mixing [62][63][64][65][66][67], solution mixing [59,60,68], different methods of in situ polymerization of the monomer in the presence of CNTs [69,70], coagulation spinning [71], mechano-chemical pulverization [72], solid-state shear pulverization [73], electro spinning [74] etc. have been adopted for the synthesis of polymer-MWCNT composites.…”

Section: Processing Of Cnt Incorporated Thermoplastic Nanocompositesmentioning

confidence: 99%

“…As the interfacial energy difference between polar thermoplastics like polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC) etc. with the hydrophilic CNTs is significantly low, excellent CNT dispersion is achievable with these matrices resulting in extremely low filler percolation thresholds for the final macroscopic properties [67,[76][77][78]. On the other hand polyolefins exhibit a very high interfacial energy difference with the CNT limiting the level of CNT dispersion in the composite [62,79].…”

Section: Mechanism Of Cnt Dispersion In Thermoplasticsmentioning

confidence: 99%

“…The typical melt mixing or compounding parameters namely screw speed, barrel temperature, material throughput, screw configuration and residence time would have to be tailored to specific thermoplastic polymer-CNT system in order to achieve the desired CNT dispersion quality for maximum composite performance [65,67,82]. As dispersion is a continuous mechanism influenced by the shear stresses generated by the viscous flow governed by these parameters, addressing the individual contribution of these factors is complicated.…”

Section: Influence Of Process Parametersmentioning

confidence: 99%

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Thermoplastic Nanocomposites with Carbon Nanotubes

Sathyanarayana

Hübner²

2013

Structural Nanocomposites

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The potential impact of light-weight structures with multifunctional properties for engineering applications drives significant research and development activities on nanocomposites. Polymer nanocomposites especially those with carbon nanotubes (CNTs) are very attractive for conductive composites with good structural characteristics. The biggest challenge facing the commercial success of CNT based composites is the intrinsic strength of their agglomerates which prevents good filler dispersion in the matrix, a key attribute for any reinforcement. This chapter is a review of the CNT incorporated thermoplastic composites processed mainly containing economic multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). We present an overview of CNTs (their structure, production process, properties, surface modification, applications etc.) and the mechanism of their dispersion in thermoplastic matrices. The processing of thermoplastic matrices via the conventional twin-screw compounding approach is discussed along with the influence of process parameters on MWCNT dispersion. The role of secondary processing operation on composite properties is also highlighted. The mechanical, electrical and thermal properties of the thermoplastic-CNT composites are reviewed highlighting the key findings and shortcomings. We conclude throwing some light on the developments on multi-scale reinforcements in polymeric matrices.

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“…La facilidad de dispersión de los nanotubos en la matriz depende en gran medida de la naturaleza química del polímero. Algunos polímeros como el policarbonato (PC) 102 , el polivinil alcohol (PVOH) 103 y la poliamida (PA) 104 han demostrado su mayor facilidad para obtener una buena dispersión de los NTC. Por el contrario, las poliolefinas son consideradas las matrices menos afines a los NTC debido a su carácter apolar, y por lo tanto, la obtención de una buena dispersión es mucho más complicada.…”

Section: -Propiedades Mecánicas De Los Nanocompuestos De Ntcunclassified

Estudio del comportamiento susceptor de microondas de nanotubos de carbono y grafeno multicapa para su aplicación en el calentamiento de polímeros.

Galiana¹

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RESUMENEl objetivo de la presente Tesis Doctoral consiste en el desarrollo de nanocompuestos de polipropileno (PP) capaces de ser calentados y procesados de manera efectiva mediante radiación microondas. Los polímeros apolares como el polipropileno son transparentes a la radiación microondas. Con el fin de aumentar la capacidad del polipropileno para absorber radiación microondas se emplearon dos tipos de nanopartículas carbonosas: nanotubos de carbono (NTC) y grafeno multicapa (GMC). Las nanopartículas se incorporaron en la matriz de polipropileno por mezclado en fundido en extrusora co-rotativa de doble husillo.La primera fase del experimental consistió en evaluar la influencia de las condiciones de procesado en la dispersión de las nanopartículas susceptoras en la matriz de polipropileno (PP). La dispersión fue evaluada en base a la morfología y propiedades reológicas de los nanocompuestos con un contenido del 1% en peso de NTC y GMC. De esta primera fase se seleccionaron las condiciones de procesado más adecuadas para los sistemas PP/GMC y PP/NTC, y que para ambos sistemas coincidieron en la incorporación de las nanopartículas mediante dilución de un masterbatch, el empleo de una configuración de husillo de alta cizalla y la aplicación de velocidades de extrusión altas (800 rpm).Los estudios llevados a cabo en los sistemas nanocompuestos PP/NTC y PP/GMC preparados en las condiciones seleccionadas mostraron un aumento de la rigidez mecánica y de la estabilidad térmica con el incremento del contenido de nanocarga. Se obtuvo un aumento del módulo de almacenamiento del 125% para ambos sistemas con un porcentaje de aditivación en peso del 1%.El GMC mostró un efecto lubricante semejante al grafito cuando se incorporó en bajos porcentajes. Las curvas reológicas mostraron una disminución de la viscosidad de los nanocompuestos con respecto al PP virgen.Del análisis de las propiedades eléctricas y dieléctricas se determinó que el límite de percolación eléctrica para los nanocompuestos de PP/NTC se encuentra alrededor del 1% de NTC, mientras que para los nanocompuestos PP/GMC este límite está alrededor del 10% de GMC (obteniendo un valor de 4 10 -6 S/cm). Todos los nanocompuestos de NTC mostraron un comportamiento semiconductor, con valores de conductividad volumétrica situados en un rango de [10 -1 -10 -6 ] S/cm según el contenido de NTC.Los nanocompuestos de NTC mostraron un aumento de la constante dieléctrica y del factor de pérdidas con el contenido de NTC. Por lo tanto, los nanocompuestos basados en NTC son capaces de absorber radiación microondas y transformar esta energía en calor. Sin embargo, las propiedades dieléctricas del GMC fueron muy bajas y apenas aumentaron con el contenido de GMC.Se estudió la influencia del grado de dispersión en la efectividad de calentamiento por microondas de los diferentes sistemas nanocompuestos desarrollados con 1% de GMC y NTC. Los nanocompuestos PP/GMC no reflejaron ningún comportamiento susceptor de radiación microondas con contenidos de GMC del 1% en peso. Sin embargo, los...

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Twin-screw extrusion of multi walled carbon nanotubes reinforced polycarbonate composites: Investigation of electrical and mechanical properties

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Multiwalled carbon nanotubes incorporated into a miscible blend of poly(phenylenether)/polystyrene – Processing and characterization

Multiwalled carbon nanotubes incorporated into a miscible blend of poly(phenylenether)/polystyrene – Processing and characterization

Thermoplastic Nanocomposites with Carbon Nanotubes

Estudio del comportamiento susceptor de microondas de nanotubos de carbono y grafeno multicapa para su aplicación en el calentamiento de polímeros.

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