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The quantification of anisotropy in graphene/natural rubber nanocomposites: Evaluation of the aspect ratio, concentration, and crosslinking

  • In the processing of nanocomposites, high shear stresses at elevated tempera-tures orient two-dimensional nanoparticles like graphene. This orientationleads to anisotropic mechanical, thermal or barrier properties of the nanocom-posite. This anisotropy is addressed in this study by comparing graphene (few-layer graphene, FLG) with a nanoscaled carbon black (nCB) at a filler contentof 3 phr, by varying the vulcanization, and by comparing different FLG con-tents. Transmission electron microscopy gives insight into the qualitative ori-entation in the nanocomposite with FLG or nCB. The storage moduli paralleland normal to the orientation reveal the direction dependency of reinforce-ment through dynamic mechanical analysis (DMA). Dimensional swellingmeasurements show a restriction of the expansion parallel to the FLG orienta-tion, and an increased expansion normal to the orientation. The vulcanizationsystem and crosslinking determine the respective level of property values, andhigherIn the processing of nanocomposites, high shear stresses at elevated tempera-tures orient two-dimensional nanoparticles like graphene. This orientationleads to anisotropic mechanical, thermal or barrier properties of the nanocom-posite. This anisotropy is addressed in this study by comparing graphene (few-layer graphene, FLG) with a nanoscaled carbon black (nCB) at a filler contentof 3 phr, by varying the vulcanization, and by comparing different FLG con-tents. Transmission electron microscopy gives insight into the qualitative ori-entation in the nanocomposite with FLG or nCB. The storage moduli paralleland normal to the orientation reveal the direction dependency of reinforce-ment through dynamic mechanical analysis (DMA). Dimensional swellingmeasurements show a restriction of the expansion parallel to the FLG orienta-tion, and an increased expansion normal to the orientation. The vulcanizationsystem and crosslinking determine the respective level of property values, andhigher crosslinking densities increase the anisotropy in DMA resulting invalues of up to 2.9 for the quantified anisotropy factor. With increasing FLGcontent, the anisotropy increases. A comparison of the results reveals swellingmeasurements as the most suitable method for the determination of anisot-ropy. Compared to recent literature, the presented processing induces higheranisotropy, leading to higher reinforcing effects in the direction of orientationzeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Bettina StrommerORCiD, Dietmar SchulzeORCiD, Bernhard SchartelORCiD, Martin BöhningORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Journal of Applied Polymer Science
Jahr der Erstveröffentlichung:2023
Organisationseinheit der BAM:7 Bauwerkssicherheit
7 Bauwerkssicherheit / 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Wiley online library
Verlagsort:Hoboken, New Jersey (USA)
Jahrgang/Band:140
Ausgabe/Heft:16
Aufsatznummer:53753
Erste Seite:1
Letzte Seite:15
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Graphene; Mechanical properties; Nanocomposite; Natural rubber; Swelling
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
DOI:10.1002/app.53753
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-571522
ISSN:1097-4628
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:16.03.2023
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:27.03.2023
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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