Hybrid modification of epoxy resin with micro-fibrillated cellulose and rubber nanoparticle : effects on the mechanical properties of carbon plain-weave reinforced composites

This work details an experimental investigation on understanding the ef- fects of hybrid epoxy resins, filled with micro-fibrillated cellulose (MFC) and carboxylated nitrile butadiene rubber (XNBR), on the principal mechanical properties of carbon plain weave textile reinforced composites. Twelve com- binations of MFC and XNBR weight contents in the epoxy resin (from 0 to 0.5 wt% MFC and from 0 to 3 wt% XNBR) were considered for quasi-static tensile, short beam and impact tests. Moreover, five of the twelve mate- rials were selected to study the tensile-tensile fatigue behavior considering different loading levels. The investigation revealed that the inter-laminar shear strength (ILSS) increased more than 32% for 0.1 wt% MFC and 3 wt% XNBR, while the tensile strength increased 10% for 0.3 wt% MFC and 3 wt% XNBR. Furthermore, the experimental results show that the best impact and fatigue performance, for the considered weight contents of fillers, is of the composite enhanced with the maximum content of MFC. The SEM obser- vations of the fracture surfaces indicate the extensive "plastic" deformation of the matrix and the improved fiber-matrix adhesion with increase of the MFC and XNBR contents.

Lo studio descrive i risultati di un lavoro sperimentale atto a comprendere l’effetto di matrici epossidiche ibride, caricate con cellulosa micro fibrillata (MFC) e gomma nitrilica carbossilata (XNBR), sulle principale caratteri- stiche meccaniche di compositi rinforzati con tessuto in fibra di carbonio. Dodici combinazioni di MFC e XNBR nella resina epossidica (da 0 a 0.5 wt% MFC e da 0 a 3 wt% XNBR) sono state considerate per test statici di trazio- ne, resistenza interlaminare e di impatto. Inoltre, cinque combinazioni delle dodici sono state selezionate per studiare il comportamento a fatica consi- derando diversi livelli di carico. I risultati hanno evidenziato un incremento nella resistenza a taglio interlaminare (ILSS) di oltre il 32% per il contenuto di 0.1wt% MFC e 3wt% XNBR, mentre il carico di rottura a trazione ha registrato un incremento del 10% per lo 0.3 wt% di MFC e 3 wt% di XNBR. Infine i risultati sperimentali hanno mostrato che il materiale con le migliori caratteristiche a impatto e fatica, per i contenuti analizzati, è quello realiz- zato con la resina contenente il massimo contenuto di MFC. Le osservazioni con il SEM hanno evidenziato una deformazione "plastica" della matrice e un incremento della resistenza dell’interfaccia fibra-matrice all’aumentare del contenuto di MFC e XNBR nella resina epossidica.