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Erschienen in: Journal of Materials Science 23/2010

01.12.2010 | IMEC 2009

Nanomechanical characterization of dispersion and its effects in nano-enhanced polymers and polymer composites

verfasst von: Alan L. Gershon, Daniel P. Cole, Arun K. Kota, Hugh A. Bruck

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 23/2010

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Abstract

In this paper, a new approach for characterizing dispersion in nano-enhanced polymers and polymer composites using nanomechanical characterization is developed. Dispersion of Carbon nanofibers (CNFs) as a model nanoscale ingredient is characterized in two model polymer systems: (a) a thermoplastic polymer processed using a Twin Screw Extruder, and (b) a thermoset epoxy processed using sonication during solvent processing. For the first time, the modulus of agglomerated nanofibers was isolated from the polymer matrix enhanced with dispersed nanofibers by using nanomechanical characterization. Thus, it was possible to use these nanomechanical properties in a microstructural model using a Rule-of-Mixtures (ROM) formulation to determine the fraction of dispersed nanofibers, which yielded a dispersion limit of 3 vol% CNFs in the nano-enhanced thermoplastic polymer and 3.5 vol% CNFs in the nano-enhanced thermoset epoxy. It was also possible to predict the modulus measured using microtensile testing, and to determine an effective modulus of 30 GPa for the CNFs, which was attributed to a spring-like effect from kinking along the nanofibers. Applying this characterization to control of dispersion through sonication in the nano-enhanced thermoset epoxy, it was possible to determine the degree of dispersion with sonication time which was described using an Avrami equation. Finally, a carbon-fiber mat was used to create a model nano-enhanced polymer composite whose properties were found to be insensitive to sonication time due to filtering effects from the carbon-fiber mat and varied with CNF concentration in a manner where the CNF modulus could be extrapolated to 30 GPa, consistent with the nano-enhanced polymers.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Bervas M (2005) PhD Dissertation, Rutgers University Bervas M (2005) PhD Dissertation, Rutgers University
2.
Zurück zum Zitat Kubacki RM (2006) In: Proceedings of the 56th electronic components and technology conference, p 161 Kubacki RM (2006) In: Proceedings of the 56th electronic components and technology conference, p 161
3.
Zurück zum Zitat Zhong D, Kim KH, Park IW, Dennin T, Mishra B, Levashov E, Moore JJ (2004) In: Nanostructured thin films and nanodispersion strengthened coatings, vol 155. Kluwer Academic Publishers, Netherlands, p 91 Zhong D, Kim KH, Park IW, Dennin T, Mishra B, Levashov E, Moore JJ (2004) In: Nanostructured thin films and nanodispersion strengthened coatings, vol 155. Kluwer Academic Publishers, Netherlands, p 91
4.
Zurück zum Zitat Veedu VP, Cao C, Li X, Ma K, Soldano C, Swastik K, Ajayan PM, Ghasemi-Nejhad MN (2006) Nat Mater 5:452CrossRefADS Veedu VP, Cao C, Li X, Ma K, Soldano C, Swastik K, Ajayan PM, Ghasemi-Nejhad MN (2006) Nat Mater 5:452CrossRefADS
6.
7.
Zurück zum Zitat Gojny FH, Wichmann MHG, Kopke U, Fiedler B, Schulte K (2004) Compos Sci Technol 64:2363CrossRef Gojny FH, Wichmann MHG, Kopke U, Fiedler B, Schulte K (2004) Compos Sci Technol 64:2363CrossRef
8.
Zurück zum Zitat Gojny FH, Wichmann MHG, Kopke U, Fiedler B, Schulte K (2005) Compos Sci Technol 65:2300CrossRef Gojny FH, Wichmann MHG, Kopke U, Fiedler B, Schulte K (2005) Compos Sci Technol 65:2300CrossRef
9.
10.
Zurück zum Zitat Zhou Y, Pervin F, Lewis L, Jeelani S (2007) Mater Sci Eng A 452–453:657 Zhou Y, Pervin F, Lewis L, Jeelani S (2007) Mater Sci Eng A 452–453:657
11.
12.
Zurück zum Zitat Kepple KL, Sanborn GP, Lacasse PA, Gruenberg KM, Ready WJ (2008) Carbon 46:2026CrossRef Kepple KL, Sanborn GP, Lacasse PA, Gruenberg KM, Ready WJ (2008) Carbon 46:2026CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Ajayan PM, Schadler LS, Braun PV (2203) Nanocomposite science and technology. Wiley-VCH, Weinheim Ajayan PM, Schadler LS, Braun PV (2203) Nanocomposite science and technology. Wiley-VCH, Weinheim
14.
Zurück zum Zitat Esawi AMK, Farag MM (2007) Mater Des 28:2394 Esawi AMK, Farag MM (2007) Mater Des 28:2394
19.
Zurück zum Zitat Kota AK, Cipriano BH, Gershon AL, Duesterberg M, Powell D, Raghavan SR, Bruck HA (2007) Macromolecules 40:7400CrossRefADS Kota AK, Cipriano BH, Gershon AL, Duesterberg M, Powell D, Raghavan SR, Bruck HA (2007) Macromolecules 40:7400CrossRefADS
21.
Zurück zum Zitat Kota AK, Murphy L, Strohmer T, Bigio DI, Bruck HA, Powell D (2008) AICHE J 54:1895CrossRef Kota AK, Murphy L, Strohmer T, Bigio DI, Bruck HA, Powell D (2008) AICHE J 54:1895CrossRef
22.
Zurück zum Zitat Cipriano BH, Kota AK, Gershon AL, Laskowski CJ, Kashiwagi T, Bruck HA, Raghavan SR (2008) Polymer 49:4846CrossRef Cipriano BH, Kota AK, Gershon AL, Laskowski CJ, Kashiwagi T, Bruck HA, Raghavan SR (2008) Polymer 49:4846CrossRef
23.
Metadaten
Titel
Nanomechanical characterization of dispersion and its effects in nano-enhanced polymers and polymer composites
verfasst von
Alan L. Gershon
Daniel P. Cole
Arun K. Kota
Hugh A. Bruck
Publikationsdatum
01.12.2010
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 23/2010
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-010-4597-y

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