Истраживање утицаја примене наноматеријала на ојачања композита угљенично влакно - епокси смола

Abstract

У раду се анализира утицај примене мале концентрације наночестица волфрам дисулфида, које су познате по изузетној термичкој, хемијској и механичкој отпорности, на ламинирани композитни материјал на бази угљенично влакно – епокси смола/поли(винил) бутирал. У том циљу су за структурну анализу и механичка испитивања израђени су узорци од нивоа танког филма матрице на бази епокси смоле/поли(винил) бутирала, ПВБ, са и без наночестица до ламинираних структура различитих дебљина од више слојева унидирекционог препрега, од јаких угљеничних влакана и епоксидне смоле, са и без фулеренских наночестица волфрам дисулфида IFWS2 и наноцеви INT-WS2. ФТИР анализом је доказано да не постоји хемијска реакција између WS2 и полимерне матрице. Експериментално су испитане физичке особине и радне карактеристике препрега, анализиран квалитет дисперзије наночестица WS2 и квалитет импрегнације применом скенирајуће електронске микроскопије СЕМ/ЕДС. Ради сагледавања вискоеластичног понашања композита урађена су испитивања на динамичко-механичко-термичком анализатору ДМТА; одређена је затезна чврстоћа, чврстоћа савијања као и интерламинарнa чврстоћа на смицање на кидалици, као и енергија удара на Шарпијевом клатну. Резултати испитивања показују да наночестице IF-WS2 и INT-WS2 имају повољан утицај на механичке карактеристике композита који је њима модификован. Тиме је отворена могућност њихове примене у разним областима где су потребне боље перформансе композита од постојећих.

This work analyses the influence of application of small concentrations of tungsten-disulfide, known for exceptional thermal, chemical and mechanical resistance (stamina), to carbon fiber – epoxy resin multilayer laminated composite material. In order to do that, specimens for structural analysis and mechanical testing were made, starting with thin film specimens of matrix epoxy resin/polyvinilbythural (PVB) with and without nanoparticles, up to various thickness specimens made of laminated structures of unidirectional high strength carbon fiber prepreg and epoxy resin with and without tungsten disulfide fullerene IF-WS2 nanoparticles and INT-WS2 nanotubes. FTIR analysis proved that there is no chemical reaction between WS2 and f matrix (polymer). Physical properties and performance features were obtained by testing, WS2 nanoparticles dispersion quality and impregnation quality were analyzed using Scanning Electron Microscopy (SEM/EDS). Dynamic Mechanical Thermal Analysis (DMTA) was done to study highly elastic composite behavior; tension strength, bending, interlaminar and shear strength were measured using Universal Tension Machine (UTM); as well as impact toughness that was tested using Charpy pendulum. Test results indicate that IF-WS2 and INTWS2 nanoparticles have beneficial influence on mechanical features (characteristics) of composites that were modified using them. This opens application possibilities in areas where better composite features (characteristics) then current are required.