Ti3AlC2/Ti3C2 Katkılanmış Epoksi Kompozitlerinin Üretimi

Abstract

Epoksireçineler, iyi elektrik yalıtımı, yüksek yapışkanlık ve mekanik mukavemet gibiüstün özellikleri sayesinde endüstride geniş bir uygulama yelpazesinde yaygınolarak kullanılmaktadır. Orta derecede viskoziteye ve 200 °C' nin altında kürsıcaklığına sahiptirler. Böylece elektronik, havacılık ve denizcilikendüstrilerinde koruyucu kaplamalar için ideal adaylardır. Epoksinin üstünözelliklerini yüksek mekanik mukavemet ile birleştirerek yapısal uygulamalardakullanabilmek için killer ve grafit gibi çeşitli nanomalzemeler iledesteklenmiştir. Bununla birlikte, nano-boyutlu yapıların aşırı topaklanmasınedeniyle mekanik özellikler ve ısıl dayanımında yeterli artış sağlanamamıştır. Topaklanmaparçacıkların monomer tarafından ıslatılabilirliğini sınırlandırarak polimermatris ile destek parçacıkları ara yüzünde polimerleşme verimini düşürmüştür.Bu çalışmada, Ti3AlC2 (MAX 312) yapısında bulunan alüminyum(Al) tabakası dağlanarak grafen benzeri iletkenliğe sahip 2-boyutlu Ti3C2tabakaları (MXene) elde edilmiştir. Her iki yapı, MAX ve MXene, eşitoranlarda epoksi monomerine katkılanarak polimerleştirilmiştir. mL- (çoktabakalı) MXene katkılanan numunelerin XRD analizlerinde (002) pikininkaybolduğu görülmüştür. Bu durum, MXene tabakalarının delamine olduğunun göstergesidir.Ağ. %4 oranında MAX ve MXene katkılandığında epoksinin cam geçiş sıcaklığı (Tg)173 °C'den sırasıyla180 ve 183 °C’yeyükselmiştir. Ağ. %4oranında MXene katkılandığında epoksi mikrosertliği 18,9 ± 1,8 HV’den 27,5 ± 5 HV’e, Ağ. %4 oranında MAXkatkılandığında ise 20,6 ± 2,9 HV’e yükselmiştir. Buçalışma topaklanmanın önlenerek, yüksek katkılı MXene/epoksi kompozitlerinin üretilebileceğinive yapısal uygulamalarda kullanılabileceğini göstermektedir.

Epoxy resins have been extensively used in awide range of industrial applications owing to their superior properties likegood electrical insulation, adhesiveness and high mechanical strength. Theyhave moderate viscosity and curing temperatures lower than 200 °C, thus havebeen ideal candidates for protective coatings in electronic, aerospace andmarine industries. In order to combine superior properties of epoxy withenhanced mechanical strength for bulk, structural applications, variousnanomaterials including clays and graphite have been incorporated into epoxyresins. However, sufficient level of enhancement in mechanical strength andthermal resistance could not be provided due to excessive agglomeration ofnanosized particles. Agglomeration limited the wettability of particles by themonomer, leading to decreased polymerization efficiency at thepolymer-reinforcer interface. In this study, the aluminum layer in Ti3AlC2(MAX (312); ternary carbides), was chemically etched leaving a layeredstructure possessing graphene-like electrical conductivity (Ti3C2)with good mechanical strength. Both, MAX and MXene were incorporated into epoxymonomer at identical ratios. The incorporation of Ti3C2layers resulted in disappearance of (002) peak in XRD analysis. This indicatedthe delamination of MXene layers inside epoxy matrix. The glass transitiontemperature (Tg) of epoxy shifted from 175 to 180 °C and 183 °Cby 4 wt. % incorporation of MAX and MXene respectively. The microhardnessincreased from 18.9 ± 1.8 to 27.5 ± 5 when 4 wt. % MXene, and to 20.6 ± 2.9 when 4 wt. % MAX incorporated. This study indicatesthat it is possible to produce highly reinforced MXene/epoxy composites and usethem in structural applications while the agglomeration is prevented.