Preparation and investigation of electrical, thermal and mechanical properties of carbonaceous nanofillers containing acrylonitrile butadiene styrene (ABS) composites

Abstract

Polimer kompozitlerin elektriksel iletkenlik, ısıl iletkenlik, elektromanyetik koruma ve statik yük koruması gibi özellikleri ve bunların endüstriyel uygulamaları üzerine yoğun çalışmalar yapılmakta olup, özellikle karbon elyaf takviyeli mühendislik plastikler konusundaki araştırmalar yoğunlaşmıştır. Akrilonitrilbütadien-stiren terpolimerin karbon katkılı kompozitleri; potansiyel olarak bu özellikleri karşılayan bir endüstriyel çözüm sunabilir. Ancak, kompozitin yapısındaki karbon elyaf oranı arttıkça saf ABS polimere göre mekanik ve tribolojik özelliklerde (sağlamlık, esneklik vb.) düşüşler gözlemlenmektedir. Karbon elyaf ve karbon nanotüpler birlikte ABS katkısı olarak kullandığında; malzemenin elektriksel iletkenliği artış göstermektedir. Grafen ilavesi ise mekanik özellikleri ve sürtünmeden kaynaklanan elektriksel yükün bertarafını geliştirirken, öte yandan malzemenin elektriksel ve ısı iletkenliğini de arttırmaktadır. Malzemenin maliyeti; ekstra karbon katkıları yüzünden salt ABS/karbon elyaf katkılı kompozite (% 20) göre daha yüksek olsa da, çok az miktarda grafen ve karbon nanotüp eklenmesi bile malzemenin özelliklerini önemli ölçüde değiştirebilmektedir. Bu çalışmada; polimer kompozitin kullanım alanı olarak otomotiv sektöründe elektriksel ve termal iletkenlik sağlaması belirlenmiştir. Bu uygulama alanında, iletkenliğin yanı sıra mekanik özellikler de büyük önem arz etmekte, bu özellikler sağlanamazsa istenmeyen sonuçlara yol açabilmektedir. Bu yüzden polimerin mekanik özelliklerin korunumu da çalışmanın bir diğer hedefidir.Polymer composites have been studied intensively for industrial applications such as electrical conductance, ohmic heating, electromagnetic (EMI) shielding, electrostatic discharge (ESD) in recent years, especially in and engineering plastics with carbon fiber (CF) inclusions. Acrylonitrilebutadienestyrene terpolymer (ABS) with CF additives is one of these potential materials to become an industrial solution to achieve the demanded attributes for these properties. However, increasing the CF loadings in order to improve the conductivity of polymer composites has a detrimental effect on the mechanical and tribological performance of the material such as the reduction of strength and flexibility. Using CF and CNT together as ABS additives facilitates an increase in the electrical conductivity of bulk material. The inclusion of graphene along with CF improves the mechanical and tribological performance of the composite while providing increased heat and electrical conductance. composite is naturally higher than ABSCF at a The cost of the resultant 20% loading ratio, but better properties might be attained with minute additions of GR and CNT which does not affect the cost dramatically. Also, the possibility of decreasing the CF content while retaining acceptable characteristics using other additives might lower the production costs. In this study, the proposed use scenario for resultant materials is mainly the electrical and thermal conductance applications in the automotive industry. In this application area, mechanical strength is also of utmost importance, and the inclusion of fillers may result in undesired properties. For this reason, keeping optimal mechanical strength while improving other properties is another objective of this work.