Nanofibres de carbone provenant de Aldrich Science des matériaux

Par David Burton, Patrick Lane et Andrew Palmer des sciences appliquées

Table des matières

Présentation

Pyrograf ®-III nanofibres de carbone vapeur-cultivées sont dans la classe de matériaux appelés nanotubes de carbone multi-parois (NTC), et sont produites par la méthode catalyseur flottant. Nanofibres de carbone (CNFS) sont discontinus, hautement graphitiques, hautement compatible avec la plupart des techniques de transformation des polymères, et ils peuvent être dispersés dans un mode isotrope ou anisotrope. CNFS ont d'excellentes propriétés mécaniques, une haute conductivité électrique et la conductivité thermique élevée, qui peut être communiqué à une large gamme de matrices dont les thermoplastiques, thermodurcissables, élastomères, céramiques et métaux. Nanofibres de carbone ont également un état de surface unique, ce qui facilite la fonctionnalisation et d'autres techniques de modification de surface pour adapter / ingénieur du nanofibres au polymère hôte ou application. Nanofibres de carbone sont disponibles sous forme de poudre à écoulement libre (généralement 99% de masse est dans une forme fibreuse). Les propriétés physiques typiques de nanofibres de carbone Pyrograf disponibles chez Aldrich Science des matériaux sont énumérés dans le tableau 1.

Tableau 1. Sélectionnez Propriétés du Pyrograf nanofibres de carbone

* Cette densité devrait être utilisé pour convertir les fractions de masse en fractions de volume dans un composite.

Renforcement mécanique

Mesure directe sur les fibres individuelles échelle nanométrique n'a été que récemment atteint et seulement de manière reproductible en quantités limitées. Ozkan et al. effectué des mesures attention résistance à la traction directement sur des nanofibres de carbone individuels et mesuré les véritables points forts. Basé sur l'annulaire de section transversale, les forces ont été trouvés à être aussi élevée que 8,7 GPa, qui se rapproche de la force de microfibres de graphite. Le module de la nanofibres de carbone est déduite à 600 GPa basée sur des mesures directes de la classe parente d'nanofibres de carbone, ou macroscopique vapeur de carbone grandi fibers.6 Lorsqu'ils sont incorporés dans les composites polymères, les nanofibres de carbone peuvent augmenter la résistance à la traction, résistance à la compression , le module d'Young, résistance au cisaillement interlaminaire, la ténacité et l'amortissement des vibrations du polymère de base. Le degré d'amélioration dépend du type de polymère, le degré de dispersion, et l'histoire du traitement.

Figure 3. Vue d'ensemble des propriétés mécaniques du CNF à base de matériaux composites.

Propriétés thermiques

La conductivité thermique de l'nanofibres de carbone peuvent être inférées à 2000 W / mK à nouveau, basé sur des mesures directes de la classe parente de nanofibres de carbone, fibres de carbone ou macroscopique vapeur grandi. Parmi les trois types de nanofibres de carbone, seuls les nanofibres traités thermiquement nanofibres à 2900 ° C + (Aldrich Prod. N ° 719781 ) donne une impulsion significative à la conductivité thermique du composite polymère. Lafdi et Matzek ont ​​pu réaliser une augmentation de la conductivité thermique de 0,2 W / mK pour la résine époxy à 2,8 W / mK pour une vapeur de 20% en poids Grown CNF composites. Ces résultats indiquent que, contrairement à résistance ou la rigidité, un bon couplage à la matrice n'est pas nécessaire pour atteindre une haute conductivité thermique, ce qui en aggrave moins critique.

D'autres chercheurs se sont concentrés sur les propriétés ignifuges des nanofibres de carbone dans les matériaux thermoplastiques. Composites chargés avec des nanofibres de carbone et exposé à une flamme exposée retardée et plus faible taux de dégagement de chaleur de pointe, les émissions de fumée bas, et aucun égouttement ou de regroupement de polymère fondu.

Liens décrivant la performance du CNF comme additif retardateur de flamme dans les composites polymères sont disponibles à NIST (National Institute of Standards and Technology) site web:

CNFS en mousses de polyuréthane souples

CNFS dans les mousses d'argile

CNFS Couper inflammabilité des meubles rembourrés

Figure 4. Ignifugation accrue des CNFS vs talc et l'argile. Utilisé avec la permission du NIST: Polymère pour les Technologies Avancées, Juin 2008

Étant donné que le graphite a une faible dilatation thermique, composites polymères chargés avec des nanofibres de carbone ont été non seulement attendu mais il a été démontré d'avoir des coefficients nettement inférieur de dilatation thermique de la matrice d'ordonné.

Figure 5. Un graphique pour montrer le coefficient réduit de exapansion thermique (CTE) d'un 15% vol CNF vs composite du matériau pur polymère.

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Source: Sigma-Aldrich

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