16075

16075

تاثير اندازه ذرات نانو بر انرژي شكست چسب هاي پليمري

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

اسفند ماه 1394

دكتر هادي خرمي‌شاد

دكتر محمد فصيحي

مكانيك

چكيده نانوپركننده‌ها به علت خواص مكانيكي عالي براي بهبود خواص مكانيكي ماتريس‌هاي پليمري و چسب در صنايع مختلف به‌كار گرفته مي‌شوند. در اين پژوهش، تأثير اندازه نانولوله‌هاي كربني چندديواره (MWCNTs) با سه اندازه، كوچك‌تر از 8 نانومتر ، 30-20 نانومتر و 80-50 نانومتر با 1/0 ،3/0 و 5/0 درصد وزني جهت محاسبه انرژي شكست چسب پايه اپوكسي تحت مود I بارگذاري مورد مطالعه قرار گرفته است. انرژي شكست چسب توسط نمونه آزمون تير يكسر گيردار دولبه (DCB) به دست مي‌آيد. نتايج آزمون‌ها نشان داد، افزودن نانولوله‌هاي كربني چندديواره باعث افزايش انرژي شكست چسب پليمري مي‌شود. با توجه به عكس‌هاي SEM با افزودن نانولوله‌هاي كربني چندديواره مكانيزم‌هاي نظير بيرون‌كشي، جدايي و پل‌زني ترك به‌وجود مي‌آيد كه افزايش انرژي شكست را به همراه دارد. همه نمونه‌ها در 3/0 درصد وزني افزايش و در 5/0 درصد وزني، به دليل كلوخه شدن نانولوله‌هاي كربني چندديواره، در چسب كاهش انرژي شكست را به همراه داشتند. افزودن 3/0 درصد از نانولوله‌هاي كربني چندديواره با اندازه كوچك‌تر از 8 نانومتر باعث بهبود 4/58 درصدي انرژي شكست در چسب پليمري شده است.در اندازه‌هاي كوچك‌تر به دليل سطح تماس بيشتر چسب با نانولوله‌هاي كربني چندديواره انرژي شكست بيشتري گزارش شده است. رفتار آسيب در اتصالات DCB با استفاده از مدل ناحيه چسبناك توسط نرم‌افزار المان محدود، مدل‌سازي و نمودار كشش-جدايش هر نمونه حاصل شد. با توجه به نمودار كشش-جدايش به دست آمده، ناحيه شكل‌گيري آسيب براي چسب تقويت‌شده با 3/0 درصد وزني ذرات نانو در تمام اندازه‌ها افزايش و در 5/0 درصد به دليل كلوخه شدن نانولوله‌هاي كربني چندديواره در چسب كاهش يافته است، همچنين بيشترين افزايش در اندازه ناحيه شكل‌گيري آسيب براي نانولوله‌هاي كربني چندديواره با اندازه كوچك‌تر از 8 نانومتر و 3/0 درصد وزني مشاهده شده است. واژه‌هاي كليدي: چسب پليمري، نانولوله‌هاي كربني چندديواره، انرژي شكست، نمودار كشش-جدايش

1395/10/26

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Nano-fillers have displayed excellent mechanical properties an​d are widely used in different polymer matrices for high performance applications. Recently, epoxy resin modified by nano-reinforcing fillers have been developed for adhesive applications. In this work, influence of 0.1, 0.3 an​d 0.5 weight percent of various Multi-walled carbon nanotubes (<8 nm, 20-30 nm an​d >50 nm) on mode I fracture energy for adhesive was studied. Adhesive fracture energies were obtained by double cantilever beam (DCB). The experimental results revealed that the addition of MWCNT into the adhesive increased adhesive fracture energy. The toughening mechanisms were determined using scanning electron microscopy (SEM) Observation of the fracture surfaces using SEM showed toughening mechanism such as pullout, debonding an​d crack bridging. Maximum increase in fracture energy for all sizes was obtained for addition of 0.3 wt% MWCNTs. However, addition of higher amount of MWCNTs caused decrease in fracture energy due to the agglomeration of multi-walled carbon nanotubes. Addition of 3.0 wt% MWCNTs with the size of less than 8 nm improved the fracture energy by 58.4% compared with the neat adhesive. Furthermore, cohesive zone model was used for simulating the adhesive fracture behavior an​d for studying the effect of the particle size on the damage behavior. The traction-separation curves of each sample was obtained. According to the obtained traction-separation curves, all specimens with 0.3 wt% MWCNTs had an increase in the process zone length an​d decrease in 0.5 wt% particles, due to the agglomeration multi-walled carbon nanotubes. Keywords: Adhesive polymer, Multi-wall carbon nanotubes, Fracture energy, Traction-Separation curve