Dielektrické vlastnosti epoxidových kompozitů plněných recyklovanými uhlíkovými vlákny

Ing. Jana Novotná

Doctoral thesis

Dielectric Properties of Epoxy Composites Filled with Recycled Carbon Fibers

Abstract:

Tato disertační práce se zabývá návrhem, přípravou a analýzou dvousložkového kompozitního systému tvořeného nevodivou epoxidovou pryskyřicí a vodivým plnivem představovaným krátkými recyklovanými uhlíkovými vlákny. V práci jsou použity tři typy měřících metod pro stanovení efektivní permitivity, jejichž výsledky jsou porovnány s vybranými prediktivními modely. Hlavní pozornost je věnována interpretaci naměřených dielektrických charakteristik materiálu pomocí vhodných směšovacích pravidel a využití získaných poznatků pro predikci při průmyslové výrobě nových kompozitních materiálů z recyklovaných uhlíkových vláken. Dielektrické vlastnosti polymerních kompozitů obsahujících vodivá plniva ovlivňuje nejen obsah plniva, ale také tvar a rozměr částic plniva, což je v disertační práci zohledněno pomocí aproximace Maxwell Garnettova modelu s využitím geometrie vláken. Dále bylo prokázáno, že při stoupajícím množství plniva roste vliv mezifázového rozhraní mezi plnivem a matricí na vlastnosti kompozitních vzorků. V této studii byly pro zlepšení vzájemné adheze zvoleny dva typy plazmatických úprav. Posuzován byl vliv plazmatických úprav recyklovaných uhlíkových vláken na frekvenční charakteristiky a vyhodnocena vhodnost těchto úprav pro změnu vlastností standardního kompozitu vyztuženého recyklovanými uhlíkovými vlákny. Výsledky této práce přispívají k poznání dielektrických vlastností krátkovlákených epoxidových kompozitů obsahujících recyklovaná uhlíková vlákna a k jejich budoucímu praktickému využití pro výrobu konstrukčních kompozitů.

Abstract:

This thesis deals with design, development, manufacturing and analysis of two-phase composite system consisting of a non-conductive epoxy resin and a conductive filler made from short recycled carbon fibres. Three types of effective permittivity measurement methods are compared with selected predictive models. Main attention is focused on interpretation of measured dielectric characteristics of the material using appropriate mixing rules and application of acquired knowledge for properties prediction of new composite materials from recycled carbon fibres. The dielectric properties of polymer composites containing conductive fillers are affected not only by the filler content but also by the shape and size of the filler particles, which is taken into account in the dissertation using an approximation of the Maxwell Garnett model using fibre geometry. As the amount of filler increases, the effect of the interface interface between the filler and the matrix increases. Two types of plasma treatment were also chosen to improve mutual adhesion in this study. The influence of plasma treatment of recycled carbon fibres on the frequency characteristics was assessed. The suitability of such treatment for changing the properties of standard composite reinforced with recycled carbon fibres was evaluated. This work contributes to understanding the dielectric properties of epoxy composites filled by recycled carbon fibres and their future utilisation in industrial production.

Keywords

Recyklovaná uhlíková vlákna, epoxidové kompozity, dielektrické vlastnosti, směšovací pravidla.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 4. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Blanka Tomková, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Textile Engineering

Doctoral programme / field:
Textile Engineering / Textile Technics and Materials Engineering