تأثیر نانوذرات رس و نانولولۀ کربنی بر خواص کامپوزیت اپوکسی/الیاف شیشه

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 1، دوره 33، شماره 1 - شماره پیاپی 25، فروردین 1401، صفحه 1-14   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2021.58889.0

نویسندگان

فوآد جاودانه¹؛ آرمان صدقی^{* 2}؛ فرانک فرهادی نیا³

¹مهندسی مواد، دانش‌آموختۀ دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ساوه.

²گروه مهندسی مواد، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، تهران.

³مهندسی مواد، دانش‌آموختۀ دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، تهران.

چکیده

کامپوزیت اپوکسی/الیاف شیشه یکی از انواع کامپوزیت‌ها است که در سال‌های اخیر به‌دلیل خواص خوب و قیمت تمام‌شدۀ پایین مورد توجه قرار گرفته‌است. استحکام خمشی نسبتاً پایین و احتمال برش بین لایه‌ای بالا، از مواردی است که کاربرد کامپوزیت اپوکسی/ الیاف شیشه را محدود کرده‌است. تحقیقات زیادی برای شناسایی روش‌های بهبود خواص این کامپوزیت و در نتیجه افزایش دامنۀ کاربردهای آن، به‌ویژه از طریق ساخت کامپوزیت هیبرید با اضافه کردن ذرات تقویت‌کننده به زمینه انجام شده‌است. در این میان نانوذرات رس و نانولوله‌های کربنی به‌دلیل عملکرد مناسب در زمینۀ اپوکسی به‌عنوان تقویت‌کننده، مورد توجه قرار گرفته‌اند. افزودن این ذرات هرچند سبب بهبود خواص کامپوزیت شده اما عموماً روش‌های تولید پیشنهادی، سبب افزایش هزینۀ تولید این کامپوزیت شده و این تحقیقات، عملاً نتیجه‌ای درخور برای صنعت به‌همراه نداشته‌اند. در این تحقیق نانورس و نانولولۀ کربنی به‌وسیلۀ روش اختلاط مکانیکی با هم‌زن مکانیکی ساده با سرعت rpm 400-300 به زمینۀ اپوکسی اضافه شده و تغییرات استحکام خمشی و برشی بین لایه‌ای کامپوزیت‌های هیبرید و کامپوزیت اپوکسی/ الیاف شیشه، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد، افزایش نانوذرات رس به زمینۀ کامپوزیت سبب افزایش استحکام خمشی می‌شود و بیشترین میزان افزایش استحکام خمشی حدود 25% و مربوط به نمونۀ حاوی 0.5% نانورس نسبت‌به نمونۀ بدون نانو‌ذرات رس است. استحکام برشی بین لایه‌ای نیز با افزودن 2% نانورس به‌میزان 5% افزایش یافته‌است. با این وجود افزودن نانولولۀ کربنی در این روش تولید، تأثیری معکوس بر خواص داشت.

کلیدواژه‌ها

کامپوزیت هیبرید؛ اپوکسی/الیاف شیشه؛ استحکام برشی؛ برش بین لایه ای؛ نانو ذرات رس؛ نانو لوله کربنی

مراجع

1. Sharma, B. K., Sharma., G., Rahaman, A., "Mechanical and Thermal Properties of Nanoclay/Glass Fiber/Epoxy Laminated Composite", International Research Journal of Engineering and Technology, 04, pp. 3116-3119, (2017).
2. Thakur V. K., Thakur M. K., Pappu A., "Hybrid Polymer Composite Materials", Woodhead Publishing, Cambridge, pp. 57-82, (2017).
3. Guolong Wang, Demei Yu, Ajit D.Kelkar, Lifeng Zhang, "Electrospun Nanofiber: Emerging Reinforcing Filler in Polymer Matrix Composite Materials", Progress in Polymer Science, 75, pp. 73-107, (2017).
4. Meyers R. A.,"Encyclopedia of Physical Science and Technology", Academic Press,, Cambridge, pp. 455-468, (2003).
5. Shalin, R. E., "Polymer Matrix Composites", Chapman & Hall, London, pp. 1-86, (1995).
6. Sivasaravanana, S., BupeshRajab, V. K., Manikandanc, "Impact Characterization of Epoxy LY556/E-Glass Fibre/Nano Clay Hybrid Nano Composite Materials", Procedia Engineering, 97, pp. 968-974, (2014).
7. Sathishkumar, TP., Satheeshkumar, S., and Naveen, J., "Glass Fiber-Reinforced Polymer Composites- A Review", Reinforced Plastics and Composites, 33, No. 13, pp.1258-1275, (2014).
8. Singh, S. K., Singh, S., Sharma, S., Sharma, V., "Strenghth Degradation of Mechanical Properties of Unidirectional E-Glas Fiber Epoxi Resin Nanoclay Composites under Hydrothermal Loading Condition", Procedia Materials Science, 5, No. 1, pp. 113-119, (2014).
9. Zweben, C. H., "Composites: Overview", In Encyclopedia of Condensed Matter Physics, Elsevier Academic Press, Cambridge, pp.192-208, (2005).
10. Rafiq, A., Merah, N., Boukhili, R., Al-Qadhi, M., "Impact Resistance of Hybrid Glass Fiber Reinforced Epoxy/Nanoclay Composite", Polymer Testing, 57, No. 1, pp. 1-11, (2017).
11. Olusanya, J., Kanny, K., Singh, Sh., "Bulk Cure Study of Nanoclay Filled Epoxy Glass Fiber Reinforced Composite Material", Jornal of Polymer Engineering, 37, No. 3, pp. 247-259, (2016).
12. Thiagarajan, A., Kaviarasan, K., Vigneshwaran, R., Venkatraman, K. M., "The Nano Clay Influence on Mechanical Properties of Mixed Glass Fibre Polymer Composites", International Journal of ChemTech Research, 6, No. 3, pp. 1840-1843, (2014).
13. Karippal, J. J., Murthyl, H. N., Rai, K. S., Sreejith1, M., Krishna, M., "Study of Mechanical Properties of Epoxy/Glass/Nanoclay Hybrid Composites", Journal of Composite Materials, 45 (18), pp. 1893-1899, (2016).
14. Zeiler, R., Kuttner, C., Khalid, U., Kothmann, M. H., Dijkstra, D. J., Altstadt, V., "The Role of Multi-Walled Carbon Nanotubes in Epoxy Nanocomposites and Resin Transfer Molded Glass Fiber Hybrid Composites: Dispersion, Local Distribution, Thermal, and Fracture/Mechanical Properties", Polymer Composites, 38 (9), pp. 1849-1863, (2015).
15. Rathore K., Prusty R. K., Kumar D. S., Ray B. C., "Mechanical Performance of CNT-Filled Glass Fiber/Epoxy Composite in In-Situ Elevated Temperature Environments Emphasizing the Role of CNT Content", Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 84, pp. 364-376, (2016).
16. Rahaman, A., Imran, M., "Epoxy-Carbon Nanotubes as Matrix in Glass Fiber Reinforced Laminated Composites", Nanotubes and Carbon Nanostructures, 25, pp. 559-562, (2017).
17. Paul, D. R., and Robeson, L. M., "Polymer Nanotechnology: Nanocomposites". Polymer, Vol. 49 (15), pp. 3187-3204, (2008).
18. Gojny, F. H., et al., "Influence of Nano-Modification on the Mechanical and Electrical Properties of Conventional Fibre-Reinforced Composites", Composites: part A, Vol. 36 (11), pp. 1525-1535, (2005).
19. Wichmann, M. H. G., et al., "Glass-Fibre-Reinforced Composites with Enhanced Mechanical and Electrical Properties– Benefits and Limitation of a Nanoparticle Modified Matrix", Engineering Fracture Mechanics. 73 (16), pp. 2346-2359, (2006).
20. Hoseini, S. A., Pol, M. H., "Investigation of the Tensile and the Flexural Properties of the Glass/Epoxy Composites Reinforced with Nanoclay Particles", Modares Mechanical Engineering (Persian), 14 (7), pp.103-108, (2014).
21. Xu, Y., Van Hoa, S., "Mechanical Properties of Carbon Fiber Reinforced Epoxy/Clay Nanocomposites". Composites Science and Technology, Vol. 68, pp. 854-861, (2008).