Effect of Graphite Nanoplate Morphology on the Dispersion and Physical Properties of Polycarbonate Based Composites

The influence of the morphology of industrial graphite nanoplate (GNP) materials on their dispersion in polycarbonate (PC) is studied. Three GNP morphology types were identified, namely lamellar, fragmented or compact structure. The dispersion evolution of all GNP types in PC is similar with varying melt temperature, screw speed, or mixing time during melt mixing. Increased shear stress reduces the size of GNP primary structures, whereby the GNP aspect ratio decreases. A significant GNP exfoliation to individual or few graphene layers could not be achieved under the selected melt mixing conditions. The resulting GNP macrodispersion depends on the individual GNP morphology, particle sizes and bulk density and is clearly reflected in the composite's electrical, thermal, mechanical, and gas barrier properties. Based on a comparison with carbon nanotubes (CNT) and carbon black (CB), CNT are recommended in regard to electrical conductivity, whereas, for thermal conductive or gas barrier application, GNP is preferred

Effect of Graphite Nanoplate Morphology on the Dispersion and Physical Properties of Polycarbonate Based Composites

The influence of the morphology of industrial graphite nanoplate (GNP) materials on their dispersion in polycarbonate (PC) is studied. Three GNP morphology types were identified, namely lamellar, fragmented or compact structure. The dispersion evolution of all GNP types in PC is similar with varying melt temperature, screw speed, or mixing time during melt mixing. Increased shear stress reduces the size of GNP primary structures, whereby the GNP aspect ratio decreases. A significant GNP exfoliation to individual or few graphene layers could not be achieved under the selected melt mixing conditions. The resulting GNP macrodispersion depends on the individual GNP morphology, particle sizes and bulk density and is clearly reflected in the composite's electrical, thermal, mechanical, and gas barrier properties. Based on a comparison with carbon nanotubes (CNT) and carbon black (CB), CNT are recommended in regard to electrical conductivity, whereas, for thermal conductive or gas barrier application, GNP is preferred

Elektrische und rheologische Eigenschaften von kohlenstoffbasierten Füllstoffnetzwerken in Polymeren

In der Arbeit wurden die elektrischen und rheologischen Eigenschaften von kohlenstoffbasierten Füllstoffen in einer Polymermatrix untersucht. Als Füllstoffe wurden verschiedene Kohlenstoffallotrope verwendet, die sich in ihrer Ausdehnung und Geometrie unterscheiden: kugelförmige Ruße (CB), stäbchenförmige Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT) und plättchenförmige Graphennanoplättchen (GNP), sowie deren Kombinationen. Die Morphologie des Füllstoffnetzwerks, das sich in Abhängigkeit der thermischen und rheologischen Vorgeschichte aufbaut, wurde durch Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie analysiert. Die komplexe elektrische Leitfähigkeit im Glaszustand der Komposite wurde mittels elektrischer Leitfähigkeitsspektroskopie untersucht. Es wird gezeigt, dass die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Füllstoffkonzentration für alle Füllstoffsysteme mit der Perkolationstheorie erklärt und angepasst werden kann. Die unterschiedliche Geometrie der Füllstoffe beeinflusst dabei maßgeblich die kritische Perkolationskonzentration. Der zeitaufgelöste Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit und der Viskosität der Füllstoffsysteme wird mit einer rheoelektrischen Messapparatur in der ruhenden Schmelze und während definierter Scherdeformation untersucht. Es wird gezeigt, dass sich die Zeitabhängigkeit der elektrischen und rheologischen Eigenschaften der Füllstoffsysteme mit dem Agglomerationsmodell erklären lassen. Während kontinuierlicher Scherung und in der ruhenden Schmelze stellen sich stationäre Werte der elektrischen Leitfähigkeit und der Viskosität ein. Diese werden verwendet um die verschiedenen Füllstoffsysteme untereinander zu vergleichen und theoretische Vorhersagen zu den Eigenschaften von kombinierten Füllstoffsystemen zu validieren. Speziell bei GNP-Kompositen wurde durch Modifizierung des Messaufbaus eine Anisotropie der Leitfähigkeit festgestellt, die auf eine Orientierung der Plättchen im Präparationsprozess zurückzuführen ist. Diese wurde mittels Röntgenkleinwinkelstreuung bestätigt

Elektrische und rheologische Eigenschaften von kohlenstoffbasierten Füllstoffnetzwerken in Polymeren

In der Arbeit wurden die elektrischen und rheologischen Eigenschaften von kohlenstoffbasierten Füllstoffen in einer Polymermatrix untersucht. Als Füllstoffe wurden verschiedene Kohlenstoffallotrope verwendet, die sich in ihrer Ausdehnung und Geometrie unterscheiden: kugelförmige Ruße (CB), stäbchenförmige Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT) und plättchenförmige Graphennanoplättchen (GNP), sowie deren Kombinationen. Die Morphologie des Füllstoffnetzwerks, das sich in Abhängigkeit der thermischen und rheologischen Vorgeschichte aufbaut, wurde durch Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie analysiert. Die komplexe elektrische Leitfähigkeit im Glaszustand der Komposite wurde mittels elektrischer Leitfähigkeitsspektroskopie untersucht. Es wird gezeigt, dass die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Füllstoffkonzentration für alle Füllstoffsysteme mit der Perkolationstheorie erklärt und angepasst werden kann. Die unterschiedliche Geometrie der Füllstoffe beeinflusst dabei maßgeblich die kritische Perkolationskonzentration. Der zeitaufgelöste Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit und der Viskosität der Füllstoffsysteme wird mit einer rheoelektrischen Messapparatur in der ruhenden Schmelze und während definierter Scherdeformation untersucht. Es wird gezeigt, dass sich die Zeitabhängigkeit der elektrischen und rheologischen Eigenschaften der Füllstoffsysteme mit dem Agglomerationsmodell erklären lassen. Während kontinuierlicher Scherung und in der ruhenden Schmelze stellen sich stationäre Werte der elektrischen Leitfähigkeit und der Viskosität ein. Diese werden verwendet um die verschiedenen Füllstoffsysteme untereinander zu vergleichen und theoretische Vorhersagen zu den Eigenschaften von kombinierten Füllstoffsystemen zu validieren. Speziell bei GNP-Kompositen wurde durch Modifizierung des Messaufbaus eine Anisotropie der Leitfähigkeit festgestellt, die auf eine Orientierung der Plättchen im Präparationsprozess zurückzuführen ist. Diese wurde mittels Röntgenkleinwinkelstreuung bestätigt