INFLUENCE OF CARBON NANOTUBES (CNT) ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF THE POLYETHYLENE THERAPHTHALATE (PET)/CNT NANOCOMPOSITE FIBERS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Ms Thesis) MS_Thessis_200904670.pdf - Submitted Version Download (2MB) | Preview

Arabic Abstract

THESIS ABSTRACT (ARABIC) الاسم:. محمد رياض الدين فاروقي العنوان: تأثير أنابيب النانو الكربونية ( سي إن تي ) على الخواصّ الميكانيكيّة و القدرة العملية للبولي اثيلين تيرافثالات (بي إي تي) ذات الألياف (سي إن تي) نانوية التركيب. التخصص: الهندسة الميكانيكية . التاريخ: مارس2012 البولي ايثيلين تيرافثالات (بي إي تي) هو من اهم المركبات البولي استيرية لصناعة الألياف. حيث تنسج الى خيوط أو حبال لتستخدم بعد ذلك كعنصر للمواد المركبة. و من أجل تعزيز قوتها و توسيع مجالات الاستعمال بها يمزج ال( بي إي تي ) مع أنابيب النانو الكربونية (سي إن تي) حيث تعرف هذه الأنابيب بقوتها و قدرتها على التحمل العاليتين. ولكن حتى ننتج جودة عالية من هذه الألياف نانوية التركيب واجهنا اثنين من المصاعب الرئيسية. الأول هو الحصول على التوزيع الجيد لل(سي إن تي) و الثاني هو السعي وراء تحقيق المواءمة الجيدة لل (سي إن تي) على نفس اجاه الألياف. في الوقت الحالي تم تحقيق التوزيع الجيد لل(سي إن تي) في ال(بي إي تي) من خلال اجراء عملية twin screw melt extrusion process و تم تحقيق مواءمة ال (سي إن تي) من خلال اجراء تقنية غزل المذاب. الدراسة الحالية ناقشت تأثير عملية المعالم على الخصائص الميكانيكية من مجموعتين من الألياف. المجموعة الاولى تقذف على شكل ألياف كبيرة القطر في مدى 220 الى µm 700. المجموعة الثانية غزل مصهورها الى ألياف دقيقة بأقطار في مدى 20 إلى µm 50. الألياف المقذوفة اظهرت تحسن ملحوظ في خواصها الميكانيكية بالنسبة الى نسبة ال(سي إن تي) في المركب من 0.1 الى 7.5 وزن%. أعلى معدل تحسن في الخواص الميكانيكية تم الحصول عليها في مركب 0.1 وزن % من ال (سي إن تي) . بإستخدام هذه النسبة من التركيز في الألياف نانوية التركيب، قوة الشد تحسنت بمقدار % 90، مقارنة مع ال(بي إي تي) النقي (MPa 51 ). أيضا هذا التركيز حّسن بشكل كبير كلٌ من التوتر عند الكسر بنسبة % 173 و الصلابة بنسبة % 285. نسب التركيز الأخرى لل(سي إن تي) أظهرت معدلات تحسن معتدلة. المجموعة الثانية من الألياف التي غزل مصهورها هي الأخرى أظهرت تحسن جيد في القوة, القساوة و الصلابة بالنسبة لتركيز ال(سي إن تي) في المدى 0.1 الى 2.7 وزن %. أفضل التحسنات في الخواص الميكانيكية لوحظت في 0.1 و0.5 وزن % من (سي إن تي) . مزج 0.1 و 0.5 وزن% من ال( سي إن تي ) في (بي إي تي )\( سي إن تي ) ألياف نانوية التركيب ذات قطر µm20 أظهرت زيادة ممتازة في معامل. بنسبة% 16 و % 25 على الترتيب. مقارنة مع ألياف( بي إي تي ) النقية ذات معامل يونج بمقدار GPa 8.6. قوة الشد لألياف(بي إي تي )\( سي إن تي ) نانوية التركيب تحسنت بمقدار % 40 ( MPa532) نظرًا لزيادة 0.1 وزن % من (سي إن تي) في (بي إي تي )\( سي إن تي ) نانوية التركيب، مقارنة بألياف (بي إي تي ) النفية بمقدارMPa 380 . أيضًا ، مزج 0.1 وزن% من (سي إن تي) الى ألياف( بي إي تي )\(سي إن تي ) نانوية التركيب ذات قطر µm 50 نتج عن ذلك تحسن جيد في الصلابة % 26 (MPa 689 ). التحسنات في الخواص الميكانيكية بنيت على اساس المزج الجيد، التوزيع و المواءمة لل( سي إن تي ) في ألياف ( بي إي تي )\( سي إن تي ) نانوية التركيب، كما لوحظ بإستخدام المجهر الألكتروني. درجة الماجستير في العلوم جامعة الملك فهد للبترول و المعادن الظهران المملكة العربية السعودية

English Abstract

THESIS ABSTRACT (ENGLISH) NAME: MOHAMMED RIYAZUDDIN FAROOQUI TITLE: INFLUENCE OF CARBON NANOTUBE (CNT) ON THE MECHANICAL PROPERTIES AND PROCESSIBLITY OF POLYETHYLENE TERAPHTHALATE (PET)/CNT NANOCOMPOSITE FIBERS MAJOR: MECHANICAL ENGINEERING DATE: APRIL 2012 Polyethylene teraphthalate (PET) is one of the mostly used polyester for fiber production. It is spun into filament, string or rope and used as a component of composite materials. In order to enhance their strength and broaden their application, PET fibers are blended with carbon nanotubes (CNT) which are known for high strength and stiffness. However, to produce good quality of PET/CNT nanocomposite fibers two major challenges were faced, one to obtain good distribution of CNT and the other to achieve good alignment of CNT along the fiber direction. In the present work, good distribution of CNT in PET matrix was achieved using twin screw melt extrusion process and the CNT alignment was obtained using melt spinning technique. The present study investigated the effect of process parameters on the mechanical properties of two sets of fibers. The first set of fibers is extruded in the form of large diameter fibers in the range of 220 to 700µm. The second set of fibers was melt spun into fine fibers of diameter in the range of 20 to 50 µm. The extruded fibers showed good improvement in their mechanical properties with respect to CNT content in the range of 0.1 to 7.5wt%. The highest improvement of mechanical properties was achieved with 0.1 wt% CNT content. Using this concentration in the nanocomposite fibers, the tensile strength was enhanced by about 90%, compared to pure PET fibers (51MPa). In addition, this composition significantly enhanced the strain at break by about 173 % and toughness by about 285 %. Other CNT concentration showed moderate improvements. The second set of fibers which were melt spun fibers also showed good enhancement in the strength, stiffness and toughness with respect to CNT content in the range of 0.1 to 2.7wt%. The best improvement in the mechanical properties was observed with 0.1 and 0.5wt% CNT. Incorporating 0.1 and 0.5 wt% CNT in spun PET/CNT nanocomposite fibers of 20 µm diameters showed remarkable increment in the modulus by about 16% and 56%, respectively, compared to pure PET fibers with a modulus of 8.6 GPa. The tensile strength of PET/CNT nanocomposite fibers improved by about 40% (532MPa) due to the addition of 0.1wt% CNT in PET/CNT nanocomposite, compared to pure PET fibers of 380MPa. In addition, incorporating 0.1wt% CNT content in PET/CNT nanocomposite fibers of 50 µm diameter resulted in good improvement in toughness i.e. about 26% (689MPa). The improvements in the mechanical properties were based on the good mixing, distribution and alignment of CNT in PET/CNT nanocomposite fibers, as observed with scanning electron microscope MASTER OF SCIENCE DEGREE KING FAHD UNIVERSITY OF PETROLEUM & MINERALS Dhahran, Saudi Arabia

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Khaled, Mezghani
Committee Members:	Saheb, Nouari and Tahar, Laoui
Depositing User:	Mohammed Riyazuddin Farooqui (g200904670)
Date Deposited:	03 Jun 2012 05:27
Last Modified:	01 Nov 2019 15:35
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138644