碳纳米管(CNTS)对玻璃纤维增​​强不饱和聚酯复合材料的影响

由D. Selwyn Jebadurai和A. Suresh Babu

玻璃纤维增​​强涤纶复合材料已在许多应用中使用,包括汽车,运输,结构,管道,化学储罐和风车部件。不饱和聚酯通常用作GFRP复合部件的基质,因为它们具有低粘度,快速固化时间和低成本的优点。玻璃纤维是最广泛使用的加固,因为其特点如同高强度,耐腐蚀,可用性和低成本。

通常,已知纤维增强聚合物具有高面内拉伸强度和刚度性能,并且通过厚度性能较弱,例如对层间纤维 - 基质裂化和分层的抗性。层间区域没有纤维增强件,通过各种模式,主要是分层和基质裂缝,这可能通过结构的使用寿命而产生。近年来,微型和纳米缩放的颗粒被认为是用于基质树脂的填充材料,以产生具有增强的机械性能的高性能复合材料。碳纳米管(CNT)一直是研究的重点,因为Sumio Iijima在1991年的发现。CNTS具有出色的机械,电气和热性能的组合,使其适用于许多应用。CNT的独特力学性能以及它们的低密度和高纵横比使其成为聚合物复合材料的增强剂的理想候选者。与非官能化MWCNT相比,官能化MWCNT导致基质中更均匀的分布和降解的风险降低。

进行了一种研究,分析羧基官能化多壁碳纳米管(COOH - MWCNT)对玻璃纤维增​​强聚酯复合材料的影响。CNT是从班加罗尔Quantum Material Corporation获得的。纳米管的平均外部和内径分别为12nm和8nm。

纳米管的长度在4至5微米之间,它们的比表面积在250m 2 / g至290m 2 / g之间。发现CNT的拉伸强度为> 55GPa。MWCNT的扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)图像分别在图1和2中示出。

图1 MWCNT的SEM图像

图2 MWCNT的TEM图像

通过真空树脂输注过程,制备玻璃纤维增​​强的不饱和间苯间邻苯基邻苯酯层层,并用真空树脂输注过程改变MWCNTs含量(含0.2和0.5wt%MWCNT)。复合层压板由五层玻璃纤维垫组成。这五层由切碎的股线(450gsm)和编织粗垫(600gsm)组成的替代层。通过超声波处理将MWCNT分散在树脂中1小时,然后进行树脂输注过程,如图3所示。试样以确定拉伸强度,拉伸模量,弯曲强度,弯曲模量和层间剪切强度(ILSS)。测试结果如图4-8所示。

图3复合材料的制造

图4拉伸强度的比较

层压材料的力量

具有0.2wt%MWCNT的复合层压材料比0.5wt%MWCNT的复合材料表现出更好的机械性能。它可能是由于CNT在基质中以较低浓度的均匀分散。这些基质中的这些均匀分散的CNT充当应力转移的界面,因此用作基质的额外的纳米增强件。具有0.2wt%的层压材料表现出58%的拉伸强度升高和拉伸模量增加235%。与没有MWNTS的层压物相比,弯曲强度增加了23%,层压板的弯曲模量增加了0.2wt%MWCNT。发现层间剪切强度随0.2wt%MWCNTS增加12%。本研究还表明,较高浓度的CNT(0.5wt%)导致机械性能下降,这可能是由于CNT的附聚。
层压性能的进一步改善可以通过优化基质中的碳纳米管含量来实现。因此,在许多结构应用中使用常规纤维增强聚合物复合材料中的碳纳米管存在巨大潜力。需要清楚地理解处理原始CNT的安全方面,尽管在基质中结合后是安全的。

图5拉伸模量的比较
层压板


图6弯曲强度的比较
层压板

图7弯曲模量的比较
层压板

图8弯曲模量的比较
层压板

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