Exfoliated graphite nanoplatelets/poly(arylene ether nitrile) nanocomposites

2016 ◽  
Vol 29 (10) ◽  
pp. 1121-1129 ◽  
Author(s):  
Yingqing Zhan ◽  
Zhihang Long ◽  
Xinyi Wan ◽  
Yi He ◽  
Xiaobo Liu
Keyword(s):  
Electron Microscopy ◽  
Tensile Strength ◽  
In Situ Polymerization ◽  
Decomposition Temperature ◽  
Exfoliated Graphite ◽  
Graphite Nanoplatelets ◽  
Initial Decomposition Temperature ◽  
Arylene Ether ◽  
Exfoliated Graphite Nanoplatelets

In this work, we demonstrate a method for synthesis of exfoliated graphite nanoplatelets (xGnPs)/poly(arylene ether nitrile) (PEN) nanocomposites via an efficient in situ polymerization. The GnPs were treated by the ultrasonic bath to reduce the layers of the GnPs, where the PEN were intercalated subsequently. Therefore, the dispersion of xGnP in the PEN resin was enhanced through in situ polymerization, which was characterized and confirmed by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and Fourier transform infrared spectroscopy. It was found that the tensile strength and modulus were greatly enhanced with the addition of xGnP. For 2.5 wt% of xGnP-reinforced PEN, the tensile strength and modulus were increased to 115 MPa and 3121 MPa, respectively. Owing to the well dispersion of xGnP, the low rheological percolation of 2.5 wt% for PEN nanocomposites was obtained. Besides, with 1 wt% of xGnP, the corresponding initial decomposition temperature ( Tin) increased from 451°C in pure PEN to 470°C. The addition of xGnP showed enhanced thermal stability of PEN nanocomposites, which demonstrated a promising method for preparing advanced polymer-based nanocomposites.

Co-milling-assisted exfoliated graphite nanoplatelets filler introduction in polyethylene and alumina composites

2018 ◽  
Vol 53 (13) ◽  
pp. 1815-1826
Author(s):  
Sheng Cai Tan ◽  
Jimmy KW Chan ◽  
Kian Ping Loh
Keyword(s):  
Mechanical Properties ◽  
Tensile Strength ◽  
Composite Materials ◽  
Exfoliated Graphite ◽  
Flexural Properties ◽  
Graphite Nanoplatelets ◽  
Alumina Composites ◽  
Exfoliated Graphite Nanoplatelets ◽  
Polyethylene Composites

This paper aims to investigate the effect of co-milling-assisted exfoliation of graphite into polyethylene and alumina matrices on the mechanical properties of the composites. Tensile mechanical properties of composite materials based on polyethylene reinforced with graphite and graphite-derived fillers at 0–0.75 wt% loading were investigated, while hardness and flexural properties of alumina composites with 0.25 wt% loading of the same additives were assessed. Exfoliated graphite, applied at 0.25–0.75 wt% in pre-exfoliated form or in a co-milling-assisted fashion, has been demonstrated to be effective in enhancing the tensile strength of polyethylene composites. Similar enhancement in hardness and flexural properties was observed in alumina composites with 0.25 wt% loading of the exfoliated graphite. Co-milling-assisted exfoliated graphite nanoplatelets additive introduction has been found to effect a more desirable mechanical properties enhancement in the composites investigated in this study.

scholarly journals Υβριδικά νανο-διηλεκτρικά πολυμερικής μήτρας/λειτουργικών εγκλεισμάτων

2015 ◽  
Author(s):  
Αναστάσιος Πατσίδης
Keyword(s):  
Electron Microscopy ◽  
Thermal Analysis ◽  
Interfacial Polarization ◽  
Exfoliated Graphite ◽  
Graphite Nanoplatelets ◽  
X Ray Diffraction ◽  
Diffraction Scattering ◽  
X Ray ◽  
Exfoliated Graphite Nanoplatelets ◽  
Scanning Electron

Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκαν και μελετήθηκαν πειραματικά σειρές σύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας, με παράμετρο τον τύπο και την περιεκτικότητα σε ενισχυτική φάση. Ως μήτρα χρησιμοποιήθηκε εποξειδική ρητίνη υψηλών προδιαγραφών. Ως ενισχυτική φάση χρησιμοποιηθήκαν μικροσωματίδια, νανοσωματίδια τιτανικού βαρίου και αποφλοιωμένα γραφιτικά νανοεπίπεδα (exfoliated graphite nanoplatelets). Η επιλογή των υλικών είχε ως στόχο να εκμεταλλευτούν σε κοινό σύνθετο σύστημα οι «θετικές» ιδιότητες των συστατικών του, όπως η θερμο-μηχανική σταθερότητα της μήτρας, η υψηλή διαπερατότητα και η σιδηροηλεκτρική συμπεριφορά του τιτανικού βαρίου και οι καλές μηχανικές ιδιότητες μαζί με την υψηλή ειδική αγωγιμότητα των αποφλοιωμένων γραφιτικών νανοεπιπέδων.Παρασκευάστηκαν και μελετήθηκαν τα παρακάτω συστήματα σύνθετων υλικών, για διάφορες περιεκτικότητες σε ενισχυτική φάση: (α) σύστημα μικροσωματιδίων τιτανικού βαρίου/εποξειδικής ρητίνης,(β) σύστημα νανοσωματιδίων τιτανικού βαρίου/εποξειδικής ρητίνης,(γ) σύστημα αποφλοιωμένων γραφιτικών νανοεπιπέδων/εποξειδικής ρητίνης, (δ) υβριδικό σύστημα μικροσωματιδίων τιτανικού βαρίου/νανοσωματιδίων τιτανικού βαρίου/εποξειδικής ρητίνης,(ε) υβριδικό σύστημα αποφλοιωμένων γραφιτικών νανοεπιπέδων/ νανοσωματιδίων τιτανικού βαρίου/εποξειδικής ρητίνης. Την παρασκευή των δοκιμίων ακολούθησε πολύπλευρος χαρακτηρισμός τους. Για λόγους αναφοράς παρασκευάστηκε και μελετήθηκε και δοκίμιο μη ενισχυμένης ρητίνης. Η μορφολογία τους διερευνήθηκε με την τεχνική της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (scanning electron microscopy) και την τεχνική σκέδασης ακτίνων-Χ (x-ray diffraction scattering). Διαπιστώθηκε η επιτυχής διασπορά των νανο-εγκλεισμάτων αλλά και η ύπαρξη μικρών συσσωματωμάτων. Τα φάσματα σκέδασης ακτίνων-Χ πιστοποίησαν την παρουσία των πληρωτικών μέσων που χρησιμοποιήθηκαν σε κάθε κατηγορία σύνθετου συστήματος. Ακολούθησε θερμικός χαρακτηρισμός των σύνθετων υλικών, με στόχο τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσής τους. Η μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς των συνθέτων έγινε υπό στατικές και δυναμικές συνθήκες. Η στατική συμπεριφορά εξετάστηκε με την τεχνική κάμψης τριών σημείων σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Διαπιστώθηκε αύξηση του μέτρου ελαστικότητας με την περιεκτικότητα σε ενισχυτική φάση, σε όλες τις κατηγορίες σύνθετων συστημάτων. Παράλληλα, διαπιστώθηκε μείωση της μηχανικής αντοχής με τη συγκέντρωση πληρωτικού μέσου σε όλες τις κατηγορίες σύνθετων υλικών που μελετήθηκαν. Η δυναμική μηχανική απόκριση μελετήθηκε με την τεχνική της δυναμικής θερμικής ανάλυσης (dynamic mechanical thermal analysis) σε ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Τα ενισχυμένα συστήματα παρουσιάζουν αυξημένες τιμές του μέτρου αποθήκευσης, ενώ οι κορυφές της εφαπτομένης απωλειών επιτρέπουν τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης (Tg). Η Tg φαίνεται να διαφοροποιείται ελαφρά με την περιεκτικότητα σε ενισχυτική φάση, άλλοτε προς μεγαλύτερες και άλλοτε προς μικρότερες τιμές. Οι διαφοροποιήσεις αυτές εκφράζουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των φάσεων και ίσως την πλήρη ή μη διαβροχή των εγκλεισμάτων από τη μήτρα. Η ηλεκτρική απόκριση των σύνθετων συστημάτων εξετάστηκε με τη μέθοδο της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος, σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων και θερμοκρασιών. Η ανάλυση των πειραματικών δεδομένων έγινε μέσω των φορμαλισμών της ηλεκτρικής διαπερατότητας, του ηλεκτρικού μέτρου και της ειδικής αγωγιμότητας εναλλασσομένου. Η χρήση και των τριών φορμαλισμών προσφέρει τη δυνατότητα εξαγωγής περισσότερων πληροφοριών για τις φυσικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό των συνθέτων. Διαπιστώθηκε η παρουσία δύο διηλεκτρικών χαλαρώσεων που σχετίζονται με την πολυμερική μήτρα. Αυτές αποδίδονται, στη μετάπτωση από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση της εποξειδικής ρητίνης (α-χαλάρωση) και στην επαναδιευθέτηση πλευρικών πολικών ομάδων (β-χαλάρωση). Η παρουσία των εγκλεισμάτων στο εσωτερικό της μήτρας εισάγει ηλεκτρική ετερογένεια με αποτέλεσμα την εμφάνιση του φαινομένου διεπιφανειακής πόλωσης (interfacial polarization). Μη δέσμια φορτία συσσωρεύονται στη διεπιφάνεια των φάσεων, όπου σχηματίζουν μεγάλα δίπολα που παρουσιάζουν αδράνεια ως προς τον προσανατολισμό τους, παράλληλα του εφαρμοζόμενου πεδίου. Η διεπιφανειακή πόλωση είναι η πλέον αργή διεργασία και παρατηρείται σε χαμηλές συχνότητες και υψηλές θερμοκρασίες. Το πραγματικό μέρος της ηλεκτρικής διαπερατότητας, όπως και η ειδική αγωγιμότητα παρουσίασαν αύξηση με την περιεκτικότητα σε ενισχυτική φάση, ιδιαίτερα στην περίπτωση των συστημάτων με γραφιτικά νανοεπίπεδα. Η δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας στα συστήματα διερευνήθηκε με χρήση της πυκνότητας ενέργειας υπό σταθερό ηλεκτρικό πεδίο. Διαπιστώθηκε αύξηση της αποθηκευόμενης ενέργειας με αύξηση της περιεκτικότητας σε ενισχυτική φάση. Τη βέλτιστη συμπεριφορά επέδειξε το σύστημα με τη μέγιστη περιεκτικότητα σε γραφιτικά νανοεπίπεδα.Η δυναμική των χαλαρώσεων μελετήθηκε μέσω διαγραμμάτων Arrhenius, από τα οποία προέκυψαν και οι τιμές της ενέργειας ενεργοποίησης. Η θερμοκρασιακή γειτνίαση των διεργασιών της α-χαλάρωσης και της διεπιφανειακής πόλωσης οδήγησε σε αλληλοεπικάλυψη των διεργασιών. Από τις ενέργειες ενεργοποίησης που υπολογίστηκαν φαίνεται πως στο δοκίμια της μη ενισχυμένης ρητίνης επικρατεί η συνεισφορά της α-χαλάρωσης, ενώ στα σύνθετα συστήματα επικρατεί η συνεισφορά της διεπιφανειακής πόλωσης. Τα σωματίδια του τιτανικού βαρίου υφίστανται δομικό μετασχηματισμό από την πολική τετραγωνική δομή (σιδηροηλεκτρική φάση) στην μη-πολική κυβική δομή (παραηλεκτρική φάση) σε μία κρίσιμη θερμοκρασία, πλησίον των 130οC. Η μετάβαση αποδείχθηκε μέσω των φασμάτων ακτίνων-Χ και είναι περισσότερο έντονη στην περίπτωση των μικροσωματιδίων.Η λειτουργική συμπεριφορά των συστημάτων σχετίζεται με τη θερμικά διεγειρόμενη δομική μετάβαση από τη σιδηροηλεκτρική στην παραηλεκτρική φάση των εγκλεισμάτων τιτανικού βαρίου, τη μεταβολή του προσήμου του θερμοκρασιακού συντελεστή ειδικής αγωγιμότητας και τη δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας.Η συνύπαρξη σε κοντινές θερμοκρασίες των διεργασιών α-χαλάρωσης και διεπιφανειακής πόλωσης μαζί με την κρίσιμη θερμοκρασία μετάβασης των σιδηροηλεκτρικών εγκλεισμάτων, δυσχεραίνει πολύ την διάκρισή τους. Με την εισαγωγή της διηλεκτρικής συνάρτησης ενίσχυσης (dielectric reinforcing function) έγινε δυνατός ο διαχωρισμός των φαινομένων. Επιπλέον, η συνάρτηση διηλεκτρικής ενίσχυσης προσφέρει τη δυνατότητα εξέτασης της λειτουργικής συμπεριφοράς και της δυνατότητας αποθήκευσης ενέργειας, ανεξάρτητα των γεωμετρικών διαστάσεων του υλικού. Τέλος, το σύνολο των αποτελεσμάτων έγινε αντικείμενο συγκρίσεων και συζήτησης.

Characterization of exfoliated graphite nanoplatelets/polycarbonate composites: electrical and thermal conductivity, and tensile, flexural, and rheological properties

2011 ◽  
Vol 46 (9) ◽  
pp. 1029-1039 ◽  
Author(s):  
Julia A King ◽  
Michael D Via ◽  
Faith A Morrison ◽  
Kyle R Wiese ◽  
Edsel A Beach ◽  
...  
Keyword(s):  
Thermal Conductivity ◽  
Tensile Strength ◽  
Electrical Resistivity ◽  
Ultimate Tensile Strength ◽  
Flexural Strength ◽  
Rheological Properties ◽  
Flexural Modulus ◽  
Exfoliated Graphite ◽  
Graphite Nanoplatelets ◽  
Exfoliated Graphite Nanoplatelets

Exfoliated graphite nanoplatelets (GNP) can be added polymers to produce electrically conductive composites. In this study, varying amounts (2–15 wt%) GNP were added to polycarbonate (PC) and the resulting composites were tested for electrical conductivity (1/electrical resistivity), thermal conductivity, and tensile, flexural, and rheological properties. The percolation threshold was approximately 4.0 vol% (6.5 wt%) GNP. The addition of GNP to polycarbonate increased the composite electrical and thermal conductivity and tensile and flexural modulus. The 8 wt% (5.0 vol%) GNP in polycarbonate composite had a good combination of properties for electrostatic dissipative applications. The electrical resistivity and thermal conductivity were 4.0 × 107 ohm-cm and 0.37 W/m · K, respectively. The tensile modulus, ultimate tensile strength, and strain at ultimate tensile strength were 3.5 GPa, 58 MPa, and 3.5%, respectively. The flexural modulus, ultimate flexural strength, and strain at ultimate flexural strength were 3.6 GPa, 108 MPa, and 5.5%, respectively. Ductile tensile behavior is noted in pure polycarbonate and in samples containing up to 8 wt% GNP. PC and GNP/PC composites show shear-thinning behavior. Viscosity of the composite increased as the amount of GNP increased dueto a volume-filling filler effect. The viscosity of the GNP/PC composites are well described by a Kitano-modified Maron-Pierce model.

scholarly journals Adsorption of Sb (III) on Oxidized Exfoliated Graphite Nanoplatelets

Nanomaterials ◽  
2018 ◽  
Vol 8 (12) ◽  
pp. 992 ◽  
Author(s):  
Luiza Capra ◽  
Mihaela Manolache ◽  
Ion Ion ◽  
Rusandica Stoica ◽  
Gabriela Stinga ◽  
...  
Keyword(s):  
Electron Microscopy ◽  
Contact Time ◽  
Exfoliated Graphite ◽  
Order Kinetic ◽  
Graphite Nanoplatelets ◽  
Adsorption Parameters ◽  
Transmission Electron ◽  
Bet Analysis ◽  
Order Kinetic Model ◽  
Exfoliated Graphite Nanoplatelets

In this work, Sb (III) adsorption on oxidized exfoliated graphite nanoplatelets (ox-xGnP) was evaluated for the first time, to the best of our knowledge. The ox-xGnP were characterized by thermogravimetric analysis (TGA), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), Brunauer–Emmet–Teller (BET) analysis, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) equipped with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and Zeta potential analysis. The adsorption parameters, such as pH and contact time, were optimized, and the best adsorption capacity obtained was 8.91 mg g−1 at pH = 7.0, 1.0 mg ox-xGnP/100 mL solution, T = 293 K, 1.0 mg L−1, Sb (III), 25 min contact time. The best correlation of the kinetic data was described by a pseudo-first-order kinetic model, with R2 = 0.999. The adsorption isotherms of Sb (III) onto ox-xGnP were best described by the Langmuir isotherm model. The thermodynamic parameters showed that the adsorption process was exothermic and spontaneous.

In Situ Polymerization Approach to Magnesium Hydroxide-Reinforced PA6 Composites

2011 ◽  
Vol 399-401 ◽  
pp. 457-460
Author(s):  
Li Li Xu ◽  
Yu Hao Deng ◽  
Ye Wang ◽  
Chang Hua Liu ◽  
Sheng Peng Liu
Keyword(s):  
Electron Microscopy ◽  
Scanning Electron Microscopy ◽  
Tensile Strength ◽  
Magnesium Hydroxide ◽  
In Situ Polymerization ◽  
Polyamide 6 ◽  
Elongation At Break ◽  
Izod Impact ◽  
Scanning Electron

Polyamide 6 (PA6)/magnesium hydroxide (MH) nanoparticles composites have been prepared by in situ polymerization of ε-caprolactam in the presence of pristine MH and γ-aminopropyl-triethoxysilan ( KH550 ) grafted MHs (MMH). Compared with pure PA6, the tensile strength and elongation at break of PA6/MH and PA6/MMH composites shown obvious increasement and attain maximum at loading of 3 wt% MHs. The tensile strength and elongations at break of PA6/MMH composites exhibited notably enhancement contrast with that of PA6/MH composites. Comparing with PA6/MH composites, the izod impact strength of PA6/MMH composites were also improved. Scanning electron microscopy (SEM) shown that MMH particles were homogeneous dispersed in PA6 matrix due to the surface modification of grafting KH550.

Properties of styrene-ethylene-butylene styrene block copolymer/exfoliated graphite nanoplatelets nanocomposites

2021 ◽  
pp. 096739112199129
Author(s):  
Marissa A Paglicawan ◽  
Josefina R Celorico
Keyword(s):  
Tensile Strength ◽  
Block Copolymer ◽  
Interfacial Adhesion ◽  
Exfoliated Graphite ◽  
Morphological Observation ◽  
Graphite Nanoplatelets ◽  
Melt Compounding ◽  
The Matrix ◽  
Exfoliated Graphite Nanoplatelets ◽  
Styrene Content

Three different types of styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS) with varying ratios of styrene and rubber were melt-compounded with exfoliated graphite nanoplatelets at different loadings. The morphological, thermal, and mechanical properties of the nanocomposites were studied and compared. Morphological observation under SEM and AFM found that the xGnPs were dispersed at the sub-micron level throughout the SEBS matrix. Good interfacial adhesion between the xGnPs and the matrix was also observed. However, the behavior of dispersion was dependent on the styrene/rubber content. SEBS with higher styrene content showed better dispersion and strong interfacial adhesion between the xGnPs and SEBS matrix. These results contributed to the enhancement of the tensile strength of the nanocomposites. Low styrene content behaved like rubber that resulted in low tensile strength but higher elongation compared to SEBS of different amounts of styrene. The XRD patterns indicated that the melt compounding process did not change the d-spacing of xGnPs in all types of SEBS. From the thermal analysis, there was no change in the glass transition of the polymer and no improvement in the thermal stability of the nanocomposites.

Kinetic Adsorption of Humic Acids Mixture Obtained from Microalgae on Exfoliated Graphite Nanoplatelets

2018 ◽  
Vol 69 (1) ◽  
pp. 191-195
Author(s):  
Elena Radu ◽  
Elena Emilia Oprescu ◽  
Cristina Emanuela Enascuta ◽  
Catalina Calin ◽  
Rusandica Stoica ◽  
...  
Keyword(s):  
Humic Acid ◽  
Humic Acids ◽  
Alkali Treatment ◽  
Exfoliated Graphite ◽  
Acid Mixture ◽  
Acidic Ph ◽  
Graphite Nanoplatelets ◽  
Mixture Concentration ◽  
Ft Ir ◽  
Exfoliated Graphite Nanoplatelets

The dehydration of polysaccharides fraction in the presence of acid catalysts, is a chemical process in which results as secondary product humic matter. In our work, the humic acid mixture was for the first time based on our knowledge extracted from defatted microalgae biomass rich in polysaccharides by standard alkali treatment, followed by precipitation at acidic pH. The dried humic acid mixture has been characterized using infrared spectroscopic measurements (FT-IR). Exfoliated graphite nanoplatelets (xGnP) were used as new adsorbents for this type of humic acids mixture, their adsorption being investigated. The effect of several parameters such as: contact time, concentration of humic acid mixture, concentration of xGnP, temperature and pH of the solutions were studied. The process of adsorption took place with good results, in the following conditions: at a concentration of humic acid mixture of 18.6 mg L-1, an xGnP amount of 0.01 mg in 25 mL of solution, at a temperature of 25 �� and at acidic pH values, in aqueous solution.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document