PURPOSE. This study inspects the effect of incorporating halloysite nanotubes (HNTs) into polymethyl methacrylate (PMMA) resin on its flexural strength, hardness, and Young's modulus. MATERIALS AND METHODS. Four groups of acrylic resin powder were prepared. One group without HNTs was used as a control group and the other three groups contained 0.3, 0.6 and 0.9 wt% HNTs. For each one, flexural strength, Young's modulus and hardness values were measured. One-way ANOVA and Tukey's test were used for comparison (P<.05). RESULTS. At lower concentration (0.3 wt%) of HNT, there was a significant increase of hardness values but no significant increase in both flexural strength and Young's modulus values of PMMA resin. In contrast, at higher concentration (0.6 and 0.9 wt%), there was a significant decrease in hardness values but no significant decrease in flexural strength and Young's modulus values compared to those of the control group. CONCLUSION. Addition of lower concentration of halloysite nanotubes to denture base materials could improve some of their mechanical properties. Improving the mechanical properties of acrylic resin base material could increase the patient satisfaction.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.3
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pp.461-466
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2022
Epoxy resins are widely used in various industrial fields. However, they suffer from brittleness, an issue that must be addressed for further applications. To solve this problem, additional fillers are needed to improve the mechanical and thermal properties of the resins; zirconia is one such filler. However, it has been reported that aggregation may occur in the epoxy composites as the amount of zirconia increases, preventing enhancement of the mechanical strength of the epoxy composites. Herein, to reduce the aggregation, zirconia was well dispersed on halloysite nanotubes (HNTs), which have high thermal and mechanical strength, by a conventional wet impregnation method using zirconyl chloride octahydrate as a precursor. The mechanical and thermal strengths of the epoxy composites with The zirconia impregnated HNTs (Zr/HNT) were investigated. Zr/HNT were characterized by Scanning electron microscope (SEM), transmittance electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy. The thermal strength of the epoxy composites was studied by thermomechanical analysis (TMA) and the mechanical strength of the epoxy composites (flexural strength) was studied by using a universal testing machine (UTM). The mechanical and thermal strengths of the epoxy complex with Zr/HNT were improved compared to those of the epoxy complex with HNT, and also increased as the content of Zr/HNT increased.
Nitrogen-doped short tubular carbons (N-STCs) with big inner diameter have been successfully synthesized via carbonization of polydopamine (PDA) wrapped halloysite nanotubes (HNTs). The obtained N-STCs have average length of $0.3{\mu}m$ with big inner diameter (50 nm), thin wall (2-3 nm) and large surface area ($776m^2g^{-1}$), and show excellent electrochemical properties. As an example in electrochemical applications, N-STCs were used to electrochemically detect hydrogen peroxide ($H_2O_2$) and glucose. The results showed that the N-STCs modified glassy carbon (N-STCs/GC) electrode had much better analytical performance (lower detection limit and wider linear range) compared to the acid-treated carbon nanotubes (AO-CNTs) based GC electrode. The unique structure endows N-STCs the enhanced electrochemical performance and promising applications in electrochemical sensing.
The stacking configuration of fiber-reinforced polymer (FRP) composites, achieved via the filament winding process, exhibits distinct variations compared to conventional FRP composite stacking arrangements. Consequently, it becomes challenging to ascertain the influence of mechanical properties based on the typical stacking structures. Thus, it becomes imperative to enhance the mechanical behavior and optimize the interleaved structures to improve overall performance. Therefore, this study aims to investigate the impact of incorporating amorphous halloysite nanotubes (A-HNTs) within different layers of five unique layer arrangements on the low-velocity impact properties of interleaved carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) structures. The low-velocity impact characteristics of the laminate were validated using a drop weight impact test, wherein the resulting impact damage modes and extent of damage were compared and evaluated under microscopic analysis. Each interleaved structure laminate according to whether nanoparticles are added was compared at impact energies of 10 J and 15 J. In the case of 10 J, the absorption energy showed a similar tendency in each structure. However, at 15 J, the absorption energy varies from structure to structure. Among them, a structure in which nanoparticles are not added exhibits the highest absorption energy. Additionally, various impact fracture modes were observed in each structure through optical microscopy.
Saeed Kamarian;Reza Barbaz-Isfahani;Thanh Mai Nguyen Tran;Jung-Il Song
Advances in nano research
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v.16
no.2
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pp.127-140
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2024
Upon direct/indirect exposure to flame or heat, composite structures may burn or thermally buckle. This issue becomes more important in the natural fiber-based composite structures with higher flammability and lower mechanical properties. The main goal of the present study was to obtain an optimal eco-friendly composite system with low flammability and high thermal buckling resistance. The studied composite consisted of polypropylene (PP) and short abaca fiber (AF) with eggshell powder (ESP) and halloysite clay nanotubes (HNTs) additives. An optimal base composite, consisting of 30 wt.% AF and 70 wt.% PP, abbreviated as OAP, was initially introduced based on burning rate (BR) and the Young's modulus determined by horizontal burning test (HBT) and tensile test, respectively. The effects of adding ESP to the base composite were then investigated with the same experimental tests. The results indicated that though the BR significantly decreased with the increase of ESP content up to 6 wt.%, it had a very destructive influence on the stiffness of the composite. To compensate for the damaging effect of ESP, small amount of HNT was used. The performance of OAP composite with 6 wt.% ESP and 3 wt.% HNT (OAPEH) was explored by conducting HBT, cone calorimeter test (CCT) and tensile test. The experimental results indicated a 9~23 % reduction in almost all flammability parameters such as heat release rate (HRR), total heat released (THR), maximum average rate of heat emission (MARHE), total smoke released (TSR), total smoke production (TSP), and mass loss (ML) during combustion. Furthermore, the combination of 6 wt.% ESP and 3 wt.% HNT reduced the stiffness of OAP to an insignificant amount by maximum 3%. Moreover, the char residue analysis revealed the distinct differences in the formation of char between AF/PP and AF/PP/ESP/HNT composites. Afterward, dilatometry test was carried out to examine the coefficient of thermal expansion (CTE) of OAP and OAPEH samples. The obtained results showed that the CTE of OAPEH composite was about 18% less than that of OAP. Finally, a theoretical model was used based on first-order shear deformation theory (FSDT) to predict the critical bucking temperatures of the OAP and OAPEH composite plates. It was shown that in the absence of mechanical load, the critical buckling temperatures of OAPEH composite plates were higher than those of OAP composites, such that the difference between the buckling temperatures increased with the increase of thickness. On the contrary, the positive effect of CTE reduction on the buckling temperature decreased by raising the axial compressive mechanical load on the composite plates which can be assigned to the reduction of stiffness after the incorporation of ESP. The results of present study generally stated that a suitable combination of AF, PP, ESP, and HNT can result in a relatively optimal and environmentally friendly composite with proper flame and thermal buckling resistance with no significant decline in the stiffness.
Saeed Kamarian;Ali Khalvandi;Thanh Mai Nguyen Tran;Reza Barbaz-Isfahani;Saeed Saber-Samandari;Jung-Il Song
Advances in nano research
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v.15
no.4
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pp.315-328
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2023
The main goal of the present study was to assess the effects of eggshell powder (ESP) and halloysite nanotubes (HNTs) on the mechanical properties of abaca fiber (AF)-reinforced natural composites. For this purpose, a limited number of indentation tests were first performed on the AF/polypropylene (PP) composites for different HNT and ESP loadings (0 wt.% ~ 6 wt.%), load amplitudes (150, 200, and 250 N), and two types of indenters (Vickers or conical). The Young's modulus, hardness and plasticity index of each specimen were calculated using the indentation test results and Oliver-Pharr method. The accuracy of the experimental results was confirmed by comparing the values of the Young's modulus obtained from the indentation test with the results of the conventional tensile test. Then, a feed-forward shallow artificial neural network (ANN) with high efficiency was trained based on the obtained experimental data. The trained ANN could properly predict the variations of the mentioned mechanical properties of AF/PP composites incorporated with different HNT and ESP loadings. Furthermore, the trained ANN demonstrated that HNTs increase the elastic modulus and hardness of the composite, while the incorporation of ESP reduces these properties. For instance, the Young's modulus of composites incorporated with 3 wt.% of ESP decreased by 30.7% compared with the pure composite, while increasing the weight fraction of ESP up to 6% decreased the Young's modulus by 34.8%. Moreover, the trained ANN indicated that HNTs have a more significant effect on reducing the plasticity index than ESP.
Halloysite nanotubes (HNTs), the multiwalled clay mineral with the composition of Al2Si2O5(OH)4·nH2O, have been highlighted as a low-cost adsorbent for the removal of dyes from wastewater. Although a powder of halloysite presents a high specific surface area, forming media are significantly considered due to sludge-clogging induced by the water-bound agglomeration. However, higher firing temperature to achieve the structural durability of the media and lower utilization rate due to longer penetration depth into the media act as hurdles to increase the dye-adsorption capacity. In this work, the retention of the adsorption capacity of halloysite was evaluated with methylene blue solution after the heat treatment at 750 ℃. In order to improve the utilization rate, tubular media were fabricated by extrusion. The images taken by transmission electron microscopy show that HNTs present excellent structural stability under heat treatment. The HNTs also provide superb capacity retention for MB adsorption (93%, 18.5 mg g-1), while the diatomite and Magnesol® XL show 22% (7.65 mg g-1) and 6% (11.7 mg g-1), respectively. Additionally, compositing with lignin enhances adsorption capacity, and the heat treatment under the hydrogen atmosphere accelerates the adsorption in the early stage. Compared to the rod-type, the tubular halloysite media rapidly increases methylene blue adsorption capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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