Selective surface localisation of carbon nanotubes in composite infusions

The aim of this work is to adapt a suitable process to manufacture nanocomposite laminates which promotes selective surface localisation of carbon nanotubes in order to obtain a sort of conductive cake that should enhance surface conductivity. The final goal is the realisation of advanced tailcones with improved behaviour in case of lightning strikes and EMI shielding. The process developed is based on vacuum infusion, using epoxy resin and carbon nanotubes to infuse glass and carbon fabrics. Dispersion quality seems to have great influence on both electrical properties and the time required to infuse panels. The time is indeed reduced by fifty times switching from low-shear mixed system resin/nanotubes to the one sonicated and high-shear mixed. Considering the glass fibre-based composite, dispersion quality heavily influences surface conductivity too, leading to increase of three order of magnitude respect to control material, while carbon fibre-based composite does not show any improvement following nanotubes addition. Furthermore filtration effect has been noticed in glass fibre-based composite, since surface conductivity decreases moving away from infusion inlet. Carbon fibre-based composite has been tested to evaluate fracture behaviour, but the addition of carbon nanotubes does not provide any consistent improvement. However SEM micrographs of both nanocomposite fracture surfaces show that nanotubes act someway during the delamination process because of the presence of holes due to the pull-out phenomenon, even if it does not provides quantitatively significant effect on delamination resistance.

Lo scopo di questo lavoro è mettere a punto un efficace processo di produzione di laminati nanocompositi che promuova la localizzazione delle nanoparticelle in prossimità della superficie, con l’intento di ottenere uno strato altamente conduttivo che migliori la conducibilità superficiale del laminato. L’obiettivo finale è la realizzazione di coni di coda per aerei che presentino una migliore protezione dai fulmini e ottimizzino la schermatura da interferenza elettromagnetica. Si è sfruttato il processo di infusione in vuoto, utilizzando resina epossidica e nanotubi di carbonio con tessuti di carbonio e vetro. E’ stata osservata un’importante influenza della qualità di dispersione sul tempo necessario a completare l’infusione, che si riduce di circa cinquanta volte passando da un sistema disperso mediante low-shear mixer a uno disperso mediante sonicazione e high-shear mixer. Per quanto riguarda il composito a fibre di vetro anche la conducibilità superficiale è fortemente influenzata dalla qualità di dispersione ed è stato rilevato un aumento fino a tre ordini di grandezza maggiore rispetto al materiale di controllo, mentre per il composito a fibre di carbonio non è stato possibile notare alcun miglioramento in seguito all’aggiunta di nanotubi. E’ stato inoltre notato un effetto di filtrazione dei nanotubi durante l’infusione, poiché la conducibilità superficiale misurata per i nanocompositi in fibra di vetro decresce allontanandosi dall’inlet. Sono stati effettuati test a frattura per il composito a fibre di carbonio, ma l’aggiunta di nanotubi non ha condotto a un miglioramento apprezzabile della resistenza a frattura. Tuttavia le micrografie al SEM delle superfici di frattura dei nanocompositi mostrano una possibile influenza dei nanotubi durante il processo di delaminazione; sono infatti visibili delle cavità dovute al fenomeno del pull-out, il quale tuttavia pare non avere un effetto quantificabile sul comportamento a frattura del materiale.