بررسی تجربی خواص کششی و برشی نانو کامپوزیتهای هیبریدی شیشه، اپوکسی، نانوسیلیکا

در این مقاله، تأثیر افزودن نانوذرات سیلیکا بر خواص کششی و برشی کامپوزیت های پایه اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه بررسی می گردد. نانو مواد مرکب با 12 لایه الیاف شیشه بافته شده دوبعدی و با کسر حجمی الیاف 40 درصد و به روش لایه چینی دستی تولید شده است. از نانوذرات سیلیکا با ساختار کروی با قطر متوسط 10 الی nm15 با چهار درصد وزنی 0 و 5/0 و 1 و 3% نسبت به وزن کل نانورزین استفاده گردید. رزین اپوکسی انتخاب شده از دو بخش، یک دیکلیسیدیل‌اتر بیسفنول نوع آ (DGEBA) با نام تجاری ایپون 828 به‌عنوان پایه اپوکسی و یک پلی‌اکسیپروپیلن دیامین با نام تجاری جف‌امین‌دی 400 به عنوان سخت‌کننده، تشکیل شده است. آزمایش های کشش و برش به ترتیب با استفاده از نمونه های کشش محوری و نمونه های کشش 45 درجه خارج از محور انجام گردیدند.

نتایج حاکی از آن است که افزودن نانوسیلیکا با کیفیت پخش شدگی مناسب به ماتریس نانوکامپوزیت ها خواص کششی و برشی آن ها بهبود می یابد. به ازای افزودن 5/0% نانوسیلیکا استحکام کششی و مدول برشی به ترتیب 10 و 46 درصد افزایش یافتند. افزودن نانوسیلیکا به نمونه های کامپوزیتی در برخی موارد باعث بهبود چقرمگی آن ها تا 27% گردید.

مطلب پیشنهادی (مواد تغییر فاز دهنده):

تحلیل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان مسکونی با استفاده از ذخیره کننده های حرارتی PCM

کامپوزیت های پایه پلیمری تقویت شده با الیاف، با توجه به دارا بودن ویژگی های مناسب از جمله نسبت مقاومت به وزن عالی، خواص مناسب حرارتی، الکتریکی، سایشی و مکانیکی به صورت گسترده ای در صنایع مختلف همچون هوافضا، خودروسازی، ساختمان و صنایع دریایی مورد استفاده قرار می گیرند [1]. رزین اپوکسی یکی از مواد پلیمری موجود برای ساخت کامپوزیت هاست که به خاطر ویژگی های مکانیکی خوب همچون: مدول کشسانی بالا، مقاومت چسبندگی عالی و مقاومت مناسب در برابر خزش، در ساخت بسیاری از مواد کامپوزیتی پایه پلیمری مورد استفاده قرار می گیرد. با این وجود با توجه به ترد بودن رزین اپوکسی، تلاش های گسترده ای برای بهبود خواص مکانیکی آن به وسیله مقاوم-سازی رزین با افزودن مواد مختلف به آن، از جمله نانومواد ، صورت گرفته است [2].

با توجه به گستردگی تنوع نانومواد و همچنین گستردگی مطالعات روی مواد کامپوزیتی، در سال های اخیر محققان متعددی به بررسی تأثیر انواع نانو-مواد بر خواص مختلف انواع مختلف کامپوزیت ها پرداخته اند. در این بین مطالعات موردی متنوعی با تغییر پارامترهای مختلف از جمله جنس نانومواد، نوع کامپوزیت، مقدار درصد حجمی نانومواد اضافه شده به کامپوزیت ها، تغییرات حاصل شده در خواص کامپوزیت ها (خواص مکانیکی، خواص حرارتی و الکتریکی) را مورد بررسی قرار داده اند [3].

مطالعاتی پیرامون تأثیر نانوتیتانیوم روی خواص مکانیکی کامپوزیت ها توسط چاترجی و همکاران صورت گرفت [4]. صدیقی و همکاران با افزودن نانوتیوپ کربن به رزین اپوکسی و ساخت کامپوزیت های با الیاف تک جهته شیشه، خواص مکانیکی آن ها را بهبود بخشیدند [5]. مسعودی و همکاران تأثیر ذرات نانورس را بر خواص مکانیکی فلز- کامپوزیت ها در راستاهای طولی و عرضی بررسی کرده و از نتایج آن در پیش بینی مقاومت بالستیک این مواد استفاده نمودند [6]. پل و همکاران تأثیر اضافه کردن نانوذرات رس بر خواص کششی و بالستیک کامپوزیت های تقویت شده با الیاف شیشه را بررسی نمودند. آن ها افزایش شدید مدول الاستیک کامپوزیت ها در اثر افزودن نانوذرات رس را گزارش نمودند همچنین به تأثیر ناچیز نانوذرات رس بر کرنش شکست نمونه-های کششی اشاره کردند [7].

نانوسیلیکا یکی از موادی است که با افزودن آن به ماتریس مواد کامپوزیتی خواص مکانیکی کامپوزیت ها بهبود می یابد و در سال های اخیر توجه خاصی به آن شده است. تحقیقات صورت گرفته حاکی از آن است که با افزودن نانو سیلیکا به ماتریس مواد کامپوزیتی خواص کششی و حرارتی، مقاومت به سایش و ... کامپوزیت ها به شدت بهبود می یابد [8].

لیو و همکاران با افزودن نانوسیلیکا به کامپوزیت های پلی پروپیلن خواص آ-ن ها را در برابر بارهای کششی و ضربه ای و همچنین بارگذاری خمشی مورد تحقیق قرار دادند [9].

باتیستلا و همکاران نیز تأثیر شیوه اصلاح سطح نانوسیلیکا را رو خواص کششی و شکست نانوکامپوزیت های اپوکسی سیلیکا مورد بررسی قرار دادند [10]. جاکوب و همکاران تأثیر اندازه و همچنین نوع اصلاح سطح نانوسیلیکا در بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت های پلی پروپیلن مورد بررسی قرار دادند [1]. سان و همکاران به بررسی تأثیر اصلاح سطح نانوسیلیکا بر میزان تأثیرگذاری نانوذرات بر خواص نانوکامپوزیت ها پرداختند. اصلاح سطح نانو سیلیکا باعث پیوند بهتر نانوذرات با مواد میزبان شده و در نتیجه در بهبود خواص نقش به سزایی دارد [11].

یودین و همکاران با افزودن نانوسیلیکا به کامپوزیت های تک جهته شیشه با زمینه اپوکسی خواص کششی و فشاری و همچنین مقاومت در برابر بارهای کمانشی این کامپوزیت ها را مورد تحقیق قرار دادند. نتایج حاکی از افزایش مدول های کششی و فشاری می باشد بطوری که در برخی موارد این خواص تا 40 درصد بهبود یافته است. آن‌ها در گزارشات خود از تأثیر بسزای اصلاح سطح نانوذرات در بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها یاد کرده و همچنین درصدهای حجمی الیاف پایین را برای بررسی تأثیر نانوذرات روی خواص کامپوزیت ها را توصیه کرده‌اند [12].

چن و همکاران به بررسی تأثیر درصدهای بالای نانو سیلیکا (تا 25%) بر خواص حرارتی و مکانیکی کامپوزیت های با رزین اپوکسی پرداختند. کاهشخواص مکانیکی برای درصدهای بسیار بالای نانو گزارش شده است [13]. بوگرو و همکاران در مطالعاتی به بررسی تأثیر نانوذرات سیلیکا و همچنین ذرات نانوتیوپ کربن با درصدهای جرمی پایین، روی خواص کششی کامپوزیت های تقویت شده با الیاف شیشه تحت بارگذاری‌های مختلف استاتیکی و خستگی پرداختند و در گزارشات به نتایج خوب حاصل از افزودن نانوذرات به کامپوزیت-ها اشاره کردند [14].

تأثیر اندازه نانوسیلیکا بر روی خواص مکانیکی و حرارتی کامپوزیت های اپوکسی در مطالعات جداگانه ای مورد تحقیق دیتانت و همکاران و چن و همکاران قرار گرفت آن ها با آزمایش روی نانوکامپوزیت هایی با رزین اپوکسی و نانوذرات سیلیکا تأثیر اندازه ذرات نانو سیلیکا را در درصدهای مختلف، بر خواص کششی و همچنین خواص شکست این کامپوزیت ها مورد بررسی قرار دادند [15 و 16].

زینگ و همکاران با افزودن نانوذرات لاستیکی و سیلیکا به کامپوزیت های با الیاف کربن و زمینه اپوکسی خواص بین لایه ای آن ها را بهبود بخشیدند. آن‌ها در گزارشات خود به تأثیر بیشتر ذرات نانولاستیکی نسبت به نانوسیلیکا، در درصدهای جرمی برابر، در بهبود خواص بین لایه ای این کامپوزیت ها اشاره کرده اند [17]. نتایج پرفراز و نشیب و گاهاً متناقض زیادی در تأثیر نانو سیلیکا بر خواص بین لایه ای کامپوزیت های تقویت شده با الیاف گزارش شده است که می-تواند ناشی از ناهمسانی مواد اولیه یا تفاوت در اصلاح سطح نانوسیلیکای مورد استفاده در هر تحقیق باشد [3].

مانجوناتا و همکاران نیز با افزودن نانوسیلیکا به کامپوزیت های از جنس اپوکسی و همچنین کامپوزیت هایی با زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه، خواص آن ها را در برابر بارگذاری کششی خستگی مورد آزمایش قرار دادند. آن ها در گزارشات خود از بهبود خواص خستگی نانوکامپوزیت ها تا 4 برابر خبر دادند و کاهش سرعت رشد میکروترک ها در اثر وجود نانو ذرات را علت بهبود خواص گزارش نموده اند [18].

هدف این تحقیق بررسی تأثیر افزودن نانوسیلیکا بر خواص کششی و برشی کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف می‌باشد. در این راستا با اضافه نمودن درصدهای مختلفی از نانوسیلیکا به کامپوزیت‌هایی با الیاف شیشه و زمینه اپوکسی نمونه ها تحت آزمایش های کشش و برش قرار گرفته و تأثیر نانومواد بر مدول کششی، میزان جذب انرژی، استقامت نهایی، مدول و استحکام برشی مورد بررسی قرار گرفته است. تمامی پارامترها برای نمونه ها یکسان بوده و فقط درصدهای جرمی نانومواد افزوده شده متغیر است. با توجه به پایین بودن چگالی نانوسیلیکا و کاهش خواص نانوکامپوزیت ها با درصدهای جرمی بالای نانوسیلیکا، از درصدهای جرمی پایین نانوسیلیکا برای ساخت نانو کامپوزیت ها استفاده شده است.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

مشخصات

توسط: محمدحسین پل، غلامحسین لیاقت، حسین موحدی آلنی،عرفان مهربانی یگانه تاریخ درج: ۱۳۹۴/۸/۲۹ منبع: دیتاسرا

خرید آنلاین

عنوان: بررسی تجربی خواص کششی و برشی نانو کامپوزیتهای هیبریدی شیشه، اپوکسی، نانوسیلیکا حجم: 488.61 کیلوبایت قیمت: 89500 تومان رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com نرم افزارهای مورد نیاز: winrar - adobe acrobat - office