A suitable material for wind turbine blades has promoted great interest in carbon-based thermoplastic polyurethane (TPU) composites as they are flexible, lightweight, and mechanically robust. However, these carbon-based fillers deteriorate the thermal and mechanical properties in the long run due to the high agglomeration of the nanoparticles. In addition to that, these fillers also increase the production cost because of the chemical treatment conducted on the fillers. Therefore, a new approach is essential for maintaining the mechanical and thermal properties without using expensive chemical treatment in a low-cost platform. In this work, we present low agglomeration with even distribution of reinforcing fillers in the TPU matrix and robust mechanical and thermal properties by incorporating TiO2 in the carbon-based TPU matrix (TiO2/MWCNT/TPU), without inclusion of costly chemical treatments. TiO2 improves morphology due to the low valency of Ti2+, which may decrease the particle size and thus, reduces agglomeration. Moreover, the enhanced morphology assists in sustaining the rigidity of its molecular structure at high temperatures. The composite also reveals excellent mechanical properties of high tensile stress (4.46 MPa), more extended elongation at break (49%), and high Young's Modulus (9.17 MPa). The thermal analysis using DMA and TGA revealed that the sample TiO2/MWCNT/TPU is a good heat insulator and has a high glass transition temperature compared to the neat TPU indicating its ability to sustain rigidity at high temperatures overall, this composite can perform in elevated weather conditions.

中文翻译：

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多壁碳纳米管和二氧化钛杂化填料增强热塑性聚氨酯复合材料的力学、热学和形态学性能

一种适用于风力涡轮机叶片的材料引起了人们对碳基热塑性聚氨酯 (TPU) 复合材料的极大兴趣，因为它们柔韧、重量轻且机械坚固。然而，由于纳米颗粒的高度聚集，这些碳基填料从长远来看会降低热性能和机械性能。除此之外，由于对填料进行化学处理，这些填料还增加了生产成本。因此，一种新方法对于在低成本平台上保持机械和热性能而不使用昂贵的化学处理至关重要。在这项工作中，我们通过在碳基 TPU 基体（TiO2/MWCNT/TPU）中加入 TiO2 来呈现低团聚，增强填料在 TPU 基体中的均匀分布以及强大的机械和热性能，不包括昂贵的化学处理。由于 Ti2+ 的低价态，TiO2 改善了形态，这可能会降低粒径，从而减少团聚。此外，增强的形态有助于在高温下维持其分子结构的刚性。该复合材料还显示出优异的机械性能，包括高拉伸应力 (4.46 MPa)、更大的断裂伸长率 (49%) 和高杨氏模量 (9.17 MPa)。使用 DMA 和 TGA 进行的热分析表明，样品 TiO2/MWCNT/TPU 是一种良好的热绝缘体，与纯 TPU 相比具有较高的玻璃化转变温度，表明其能够在高温下保持整体刚性，这种复合材料可以在高温下运行。天气状况。由于 Ti2+ 的低价态，TiO2 改善了形态，这可能会降低粒径，从而减少团聚。此外，增强的形态有助于在高温下维持其分子结构的刚性。该复合材料还显示出优异的机械性能，包括高拉伸应力 (4.46 MPa)、更大的断裂伸长率 (49%) 和高杨氏模量 (9.17 MPa)。使用 DMA 和 TGA 进行的热分析表明，样品 TiO2/MWCNT/TPU 是一种良好的热绝缘体，与纯 TPU 相比具有较高的玻璃化转变温度，表明其能够在高温下保持整体刚性，这种复合材料可以在高温下运行。天气状况。由于 Ti2+ 的低价态，TiO2 改善了形态，这可能会降低粒径，从而减少团聚。此外，增强的形态有助于在高温下维持其分子结构的刚性。该复合材料还显示出优异的机械性能，包括高拉伸应力 (4.46 MPa)、更大的断裂伸长率 (49%) 和高杨氏模量 (9.17 MPa)。使用 DMA 和 TGA 进行的热分析表明，样品 TiO2/MWCNT/TPU 是一种良好的热绝缘体，与纯 TPU 相比具有较高的玻璃化转变温度，表明其能够在高温下保持整体刚性，这种复合材料可以在高温下运行。天气状况。增强的形态有助于在高温下保持其分子结构的刚性。该复合材料还显示出优异的机械性能，包括高拉伸应力 (4.46 MPa)、更大的断裂伸长率 (49%) 和高杨氏模量 (9.17 MPa)。使用 DMA 和 TGA 进行的热分析表明，样品 TiO2/MWCNT/TPU 是一种良好的热绝缘体，与纯 TPU 相比具有较高的玻璃化转变温度，表明其能够在高温下保持整体刚性，这种复合材料可以在高温下运行。天气状况。增强的形态有助于在高温下保持其分子结构的刚性。该复合材料还显示出优异的机械性能，包括高拉伸应力 (4.46 MPa)、更大的断裂伸长率 (49%) 和高杨氏模量 (9.17 MPa)。使用 DMA 和 TGA 进行的热分析表明，样品 TiO2/MWCNT/TPU 是一种良好的热绝缘体，与纯 TPU 相比具有较高的玻璃化转变温度，表明其能够在高温下保持整体刚性，这种复合材料可以在高温下运行。天气状况。