26069

بهبود رفتار مكانيكي كامپوزيتهاي پليمري با نانوذرات تركيبي دي اكسيدتيتانيوم و اكسيدگرافن تحت بارگذاري ضربه اي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك - طراحي كاربردي

1398

1400/08/24

دكتر خرمي شاد

دكتر جلالي

مهندسي مكانيك

استفاده از نانو ذرات تركيبي با جنس، ابعاد و هندسه مناسب در فرآيند بهبود رفتار مكانيكي كامپوزيت-هاي زمينه پليمري مي¬تواند روشي پركاربرد و پربازده باشد. در همين راستا، نمونه¬هايي متشكل از 9 لايه الياف شيشه حصيري 400 گرمي به همراه رزين اپوكسي بصورت خالص، تركيب شده با نانوذرات كروي دي¬اكسيدتيتانيوم به¬صورت منفرد و همچنين با نانوذرات تركيبي اكسيدگرافن و دي¬اكسيدتيتانيوم ساخته شدند. اين نمونه¬ها تحت تست كشش و ضربه سرعت بالا با سرعت در محدوده 221 متربرثانيه مورد آزمايش قرار گرفتند. درصدهاي وزني براي اين نمونه¬ها 25/0، 5/0 و 75/0 مي¬باشد. براي هرسه درصد وزني، نانوذرات دي¬اكسيدتيتانيوم و اكسيدگرافن با نسبت تركيب 10، 15 و 20 با هم تركيب شده¬اند. به سبب اعمال بارهاي برشي و لغزش لايه¬ها اثر هم¬افزايي اين دو نانوذره به جهت قفل كردن دو نانو ذره در جاي خود است. در اثر افزودن نانوذرات تركيبي مشاهده شد علاوه بر انحراف در مسير ترك¬هاي ايجاد شده و قفل شدن آن، با بهبود چسبندگي بين الياف و زمينه و به دنبال آن جلوگيري از بروز ترك در مرز مشترك الياف و زمينه، استحكام برخي نمونه¬ها و مقاومت آنها در برابر ضربه افزايش مي¬يابد. وسعت سطح بالاي نانوصفحات اكسيدگرافن اين امكان را فراهم مي¬آورد كه سطح بيشتري از زمينه و الياف بوسيله اين نانوذرات با هم تماس داشته باشد. به سبب توزيع و انتقال مناسب بار از طريق زمينه به الياف نمونه داراي نانوذرات تركيبي با درصدوزني %25/0 و نسبت تركيب 15 كمترين سرعت خروجي با %5/22 كاهش و بيشترين انرژي جذب شده با %6/10 افزايش نسبت به نمونه خالص داشت. نتايج حاصل شده از آزمون كشش نيز هماهنگ و مطابق با نتايج آزمون ضربه بدست آمد. نمونه داراي نانوذرات بصورت تركيب شده با درصد وزني %25/0 و نسبت تركيب 15 و نمونه داراي نانوذره دي¬اكسيدتيتانيوم بصورت منفرد با درصد وزني %5/0 دومين نمونه با بيشترين استحكام كششي بودند. در اثر افزودن نانوذرات مساحت نواحي لايه-لايه شده و خروج پرتابه بيشتر شد كه نشان از ايجاد انحراف در مسير ترك توسط نانوذرات دارد. در نهايت ميكرومكانيزم¬هاي تخريب به كمك تصويربرداري ميكروسكوپ الكتروني به جهت مشخص كردن تأثير افزودن نانوذرات بر آنها مورد بررسي قرار گرفته است.

1400/11/20

Improving the mechanical behavior of polymer composites with hybridized nanoparticles of titanium dioxide and graphene oxide under impact loading

11/15/2022 12:00:00 AM

The use of composite nanoparticles with the appropriate material, dimensions and geometry in the process of improving the mechanical behavior of polymer-based composites can be a widely used and efficient method. In this regard, samples consisting of 9 layers of 400 g wicker glass fibers with pure epoxy resin, with spherical titanium dioxide nanoparticles individually and also hybridized form with graphene oxide were made. These samples were tested under high-velocity impact at velocity in the range of 221 m/s and tensile tests. Weight percentages for these samples are 0.25, 0.5 and 0.75. For all three weight percentages, titanium dioxide and graphene oxide nanoparticles are hybridized in three hybridization ratios of 10, 15 and 20. Due to the application of shear loads and slip of the layers, the synergistic effect of these two nanoparticles is to be locked in place. Moreover, in addition to creating a deflection in the path of the propagated cracks and locking it, by improving the adhesion between the fibers and the substrate and subsequently preventing the occurrence of cracks at the interface between the fibers and the substrate, the strength of some samples And their impact resistance increases. The high surface area of graphene oxide nanoplates allows a larger adhesion surface between interface of matrix and fibers. According to the proper dispersion and load transfer through matrix to the fibers with presence of hybride nanoparticles with a weight percentage of 0.25% and a hybridization ratio of 15, the lowest output velocity decreased by 22.5% and the highest absorbed energy increased by 10.6% compared to the pure sample. The results of the tensile test were also coordinated and in accordance with the results of the impact test. The sample with nanoparticles hybridized with a weight percentage of 0.25% and the hybridization ratio of 15 and the samples reinforced with titanium dioxide nanoparticles individually with a weight percentage of 0.5% were the second sample with the highest tensile strength. Due to the addition of nanoparticles, the delamination area and the damaged area of the projectile Collision increased, which indicates that the nanoparticles create a deflection in the crack path. Finally, the degradation micro-mechanisms have been investigated by electron microscopy imaging to determine the effect of adding nanoparticles to them.

كامپوزيت , نانوذره , ضربه سرعت بالا , كشش , اكسيد گرافن , دي اكسيدتيتانيوم , مكانيزم تخريب

Titanium Dioxide , Graphene Oxide , Damage Mechanisms , High Velocity , Impact , Nano , Composite