Mechanical and Termal Characterization of Woven Carbon Fiber Reinforced Carbon Nanotube-Epoxy Composites

Korkmaz N., Çakmak E., Dayık M.

Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, vol.20, no.2, pp.338-353, 2016 (Peer-Reviewed Journal)

Abstract

The scope of this study was fabrication and characterization of woven carbon fiber reinforced composite with multi-walled carbon nano-tubes modified epoxy matrix. For this purpose, modified epoxy matrix with multi-walled carbon nano-tubes at a concentration of 0.3 wt % and twill 4/4 woven carbon fiber fabric as textile reinforcement were used for fabricating nanomodified composite plates. The effect of multi-walled carbon nano-tube fillers on epoxy matrix system and carbon fiber reinforced composites were also studied. In this study, the tensile tests were performed in both the warp and weft direction, in-plane shear and three-point bending tests were also performed to characterize the mechanical performance of the composites. In addition, differential thermal gravimetry (TGDTG) and differential scanning calorimetry (DSC) analysis were performed by using the simultaneous thermal analysis unit (TG-DTG/TG-DSC/TGA) to investigate the effect of multi-walled carbon nano-tubes. Furthermore, the microstructure of the multiscale carbon fiber reinforced composite was investigated by scanning electron microscope (SEM) and optic microscope after tensile tests. Tensile, flexure, TG-DTG and DSC analysis confirmed that matrix modification could improve the mechanical properties and thermal stability of the composites compared to neat resin. In addition, SEM and optic microscope images taken from crack propagation surfaces also supported the improvement of composite material performance.

Bu çalışmada karbon elyaf takviyeli-karbon nano tüp ile modifiye edilmiş epoksi kompozit malzemelerin üretilmesi ve üretilen kompozit malzemelerin mekanik, termal ve kırılma yüzeylerinin karakterizasyonu hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda matris elemanı olarak çok katmanlı karbon nano tüp içeren epoksi nano kompozit, dokuma karbon kumaş ise 4/4 dimi takiveye elemanı olarak kompozit malzeme üretiminde kullanılmıştır. Çalışma kapsamında ayrıca, karbon nano tüp ile matris modifikasyonu işleminin etkisini belirlemek için saf epoksi reçine sisteminin matris malzemesi olarak kullanıldığı kompozit numuneleri de üretilmiştir. Üretilen kompozitlerde karbon nano tüp ile matris modifikasyonu işleminin mekanik performans özellikleri üzerindeki etkisi çekme, eğilme ve düzlem içi kayma testleri ile değerlendirilmiştir. Kompozit malzemlerin termal karakterizasyonu ise simültane termal analiz ünitesinde (TG-DTG/TG-DSC/TG), diferansiyel termal gravimetre (TG-DTG) ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) analizleri ile yapılmıştır. Çekme testi sonucu kırılmış veya hasarlı parçalardan optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) cihazı ile alınan yüzey görüntüleri incelenerek kompozit malzemelerde hasar ilerleme mekanizmaları tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, epoksi reçine sistemine karbon nano tüp dispersiyonu ile karbon elyaf takviyeli polimerik kompozit malzemelerin mekanik ve termal özelliklerinde iyileşmeler sağlandığını göstermektedir. Ayrıca, SEM ve optik mikroskop görüntüleri de mekanik karakterizasyon aşamasında elde edilen kompozit malzeme performans iyileşmesini desteklemektedir.