22690

بررسي اثر مخرب آب بصورت نوساني بر رفتار خزشي نانوكامپوزيت‌ها

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي ـ مكانيك جامدات

1396

1399/6/25

دكتر هادي خرمي شاد

مكانيك

رزين اپوكسي يكي از مهم‌ترين و پركاربردترين پليمرهاي گرماسخت در صنايع مهندسي مي‌باشد. بااين‌حال اين پليمر در شرايط كاري حتي در دماي اتاق دچار تغيير شكل مي‌شود. همچنين رزين اپوكسي اغلب در محيط مرطوب قرار مي‌گيرد كه اين محيط آثار مخربي بر خواص آن دارد. هدف از انجام اين تحقيق افزايش افزايش استحكام و مقاومت خزشي و همچنين كاهش نفوذ رطوبت و آثار مخرب آن به‌وسيله نانولوله‌هاي كربني چند جداره و عامل دار شده مي‌باشد. اين مواد در شرايط واقعي معمولاً تحت رطوبت ثابت قرار نمي‌گيرند و ميزان رطوبت در شرايط كاري همواره در حال تغيير است. ازاين‌رو در اين تحقيق خواص مكانيكي رزين اپوكسي در شرايط محيطي نوساني شامل جذب، دفع و جذب دوباره رطوبت نيز موردبررسي قرار مي‌گيرد. براي انجام اين پژوهش نانوكامپوزيت‌هاي با 0.1، 0.3 و 0.5 درصد وزني نانولوله كربني ساخته مي‌شود و به همراه اپوكسي خالص تحت آزمون كشش و خزش قرار مي‌گيرند و بعد از آزمون خزش نيز استحكام و سفتي باقي‌مانده نمونه‌ها به‌وسيله آزمون كشش اندازه‌گيري مي‌شود. همچنين از طريق ميكروسكوپ الكتروني روبشي سطح شكست نمونه‌ها، پراكندگي نانولوله‌ها و مكانيزم هاي تقويت‌كنندگي نانولوله‌ها بررسي مي‌شود. در تمام آزمون‌هاي انجام شده نانوكامپوزيت 0.3 درصد وزني بيشترين مقاومت خزشي، استحكام و سفتي را از خود نشان داد. براي بررسي تأثير شرايط محيطي نوساني، نانوكامپوزيت 0.3 درصد وزني به همراه اپوكسي خالص اشباع، دفع و اشباع دوباره رطوبت شدند. نمونه نانوكامپوزيتي در اشباع و اشباع دوباره به ترتيب 9.37% و9.52% رطوبت كمتر و در مرحله دفع 35% رطوبت بيشتري نسبت به اپوكسي خالص در خود نگه داشت. ضرايب انتشار رطوبت بعد از هر مرحله نسبت به مرحله قبل افزايش يافت و در تمام مراحل نمونه نانوكامپوزيتي ضريب انتشار كمتري نسبت به اپوكسي خالص داشت. بيشترين كاهش كرنش الاستيك، كرنش خزشي و شيب حالت پايدار آزمون خزش را نانوكامپوزيت 0.3 درصد وزني به ترتيب با 31.48%، 69.1% و 74.07% بهبود تجربه كرد. نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي نسبت به اپوكسي خالص در مراحل بدون پيري، اشباع، دفع و اشباع دوباره به ترتيب داراي بهبود استحكامي برابر 35.89%، 22.56%، 41.66% و 32.98% و همچنين بهبودي بيشتر براي استحكام باقي‌مانده برابر 41.27%، 30.01%، 44.28% و 39.18% بودند.

1399/07/08

Investigation of the destructive effect of water in cyclic Form on the creep behavior of nanocomposites

9/16/2021 12:00:00 AM

Epoxy resin is one of the most important and widely used thermoset polymers in the engineering industry. This polymer deforms under loading conditions even at room temperature. Besides, epoxy resins are often exposed to a humid environment that has destructive effects on their properties. This study aimed to increase the mechanical properties of epoxy resin and reduce the moisture penetration and its destructive effects by functionalized multi-walled carbon nanotubes (FMWCNT). In actual service conditions, it is less probable that polymers are exposed to a constant environmental condition during the whole life, while usually varying environmental conditions are applied. Therefore, in this research, the mechanical properties in cyclic environmental conditions are also investigated. Neat epoxy and FMWCNT nanocomposites with the weight percentages of 0.1, 0.3, and 0.5 are fabricated and subjected to tensile and creep tests. Also, the residual strength and stiffness of the specimens are investigated after creep loading. The fracture surfaces of the specimens, the dispersion, and the reinforcement mechanisms of FMWCNT are investigated by scanning electron microscopy. The cyclic hygrothermal aging used in this study comprised three stages of moisture absorption, desorption, and reabsorption under a temperature of 50oC. The nanocomposite with 0.3 wt% of FMWCNT retained 9.37% and 9.52% less moisture in absorption and reabsorption than pure epoxy, respectively. Moisture diffusion coefficients increased after each step compared to the previous step and the nanocomposite sample had a lower diffusion coefficient than pure epoxy in the all steps. The highest improvement in elastic strain, creep strain and steady-state rate of the creep test was observed by nanocomposite (0.3 wt%) with 31.48%, 69.1%, and 74.07% improvement, respectively. Nanocomposite specimens had a strength improvement of 35.89%, 22.56%, 41.66%, and 32.98% and also had a residual strength improvement of 41.27%, 30.01%, 44.28%, and 39.18% compared to pure epoxy in the before aging, absorption, desorption and reabsorption steps, respectively.