16225

16225

تقويت مكانيكي آهار الياف شيشه

كارشناسي ارشد

مكانيك - طراحي كاربردي

آبان 1395

دكتر شكريه

مهندسي مكانيك

در كامپوزيت¬هاي زمينه پليمري تقويت شده با الياف، فازمشترك بين زمينه و الياف، علي¬رغم ابعاد كوچك، تاثيرات زيادي بر خواص كامپوزيت دارد. در حقيقت آنچه كه اين فاز مشترك را تشكيل مي¬دهد، آهار الياف شيشه است كه در فرآيند توليد الياف ايجاد مي¬گردد. به عبارت ديگر آهار الياف، با پيوند سطح آب¬گريز پليمر زمينه و سطح آب¬دوست الياف شيشه، بستر لازم براي انتقال بار از زمينه به الياف را فراهم مي¬كند. در اين پژوهش ابتدا ماده صنعتي آهار به طور كامل معرفي شده و يك مثال اجرايي براي ساخت آن ارايه شده است. درگام بعدي با تغيير شرايط سطحي الياف تاثير آهار بر خواص چندلايه¬هاي كامپوزيتي مطالعه شده است. بدين منظور با از بين بردن آهار الياف شيشه با استفاده از حرارت دهي، الياف بدون آهار ايجاد شده است. در اين مرحله اليافي شبيه به الياف به جا مانده از بازيافت قطعات كامپوزيتي در دسترس است. سپس با غوطه‌ور¬سازي الياف حرارت داده شده در حوضچه آهار، مجددا آهارزني شده¬اند. بنابراين سه نوع الياف دست نخورده، بدون آهار و الياف با آهار مجدد در دسترس است. با الياف مذكور و با استفاده از روش لايه¬چيني دستي نمونه‌هاي چندلايه‌ي كامپوزيتي ساخته شده است. سپس، چند لايه¬هاي مذكور تحت آزمايش‌هاي كشش، خمش سه نقطه، برش و چقرمگي شكست بين لايه¬اي مود I قرار گرفته¬اند. نتايج اين آزمايش‌ها نشان مي¬دهند كه استحكام كششي، برشي و خمشي چندلايه¬هاي ساخته شده با الياف بدون آهار كاهش چشمگيري نسبت به الياف دست نخورده خواهند داشت. همچنين، نتايج آزمايش‌ها نشان مي‌دهد كه الياف با آهار مجدد داراي خواص مكانيكي برابر با الياف دست نخورده مي‌باشند. اين نتيجه بيانگر اين است كه ¬مي¬توان با روش ابداع شده در اين پژوهش الياف حاصل از بازيافت مواد كامپوزيتي را دوباره بازيابي و قابل استفاده نمود. در گام بعدي اين پژوهش، با استفاده از سه نانو ذره CNT، CNF و نانوسيليكا، به اصلاح فاز مشترك و افزايش زبري سطح الياف و در نتيجه آن افزايش درگيري مكانيكي و اصطكاك بين الياف و رزين پرداخته شده و تاثير آن بر روي خواص كامپوزيت ساخته شده با اين الياف مورد مطالعه قرار گرفته است. بر خلاف عموم پژوهش¬هاي صورت گرفته، در اين تحقيق، نانو ذرات به جاي آنكه در زمينه كامپوزيت استفاده شوند تنها در فاز مشترك الياف و رزين حضور دارند. براي استفاده بهينه از نانو ذرات به طوري كه فقط در فازمشترك الياف و رزين حضور داشته باشند بايد قبل از ساخت كامپوزيت سطح الياف را با اين نانو ذرات آغشته كرد. بدين منظور، نانو ذرات تحت فرآيند خاصي با امواج فراصوت در ماده آهار توزيع شدند. سپس الياف حرارت داده شده و بدون آهار توسط آهار اصلاح شده با نانو ذرات، آهارزني شدند. سپس با الياف مذكور، مشابه حالت قبل چندلايه¬هاي كامپوزيتي ساخته و مورد آزمايش قرار گرفتند. نتايج آزمايشگاهي نشان مي¬دهند كه حضور نانو الياف كربن در آهار الياف شيشه، باعث رشد 18 درصدي استحكام كشش عرضي چندلايه كامپوزيتي، نسبت به الياف دست¬نخورده شده است. همچنين آهار تقويت شده توسط نانو لوله كربن نيز در تمام آزمايش¬ها تاثير مثبتي بر استحكام كامپوزيت داشته است. به عنوان مثال مي¬توان به افزايش 30 درصدي استحكام كشش عرضي چندلايه كامپوزيتي با آهار تقويت شده توسط نانو لوله كربن نسبت به الياف دست¬نخورده اشاره نمود. در بين نمونه¬هاي ساخته شده، الياف با آهار تقويت شده توسط نانو سيليكا بيشترين اثر را بر استحكام چندلايه كامپوزيتي داشته است. براي مثال مي¬توان به افزايش حدود 50 درصدي استحكام برشي چندلايه كامپوزيتي با آهار تقويت شده توسط نانوسيليكا نسبت به الياف دست¬نخورده اشاره نمود. در اين پژوهش سعي شده است، با استفاده از يك نوآوري، آهار اصلاح شده با نانو سيليكا، به صورت يك طرح صنعتي مورد استفاده قرار گيرد.

1395/10/14

1/1/1900 12:00:00 AM

In many fiber-reinforced polymer-based composites, the interphase between matrix an​d fiber, despite its insignificant size, has a major effect on composite’s properties. in fact it is glass-fiber sizing (produced during fiber production procedure) ,that forms this interphase. In other words, fiber sizing, forms a bound between hydrophobic surface of polymer matrix an​d hydrophilic surface of glass-fiber. this conduct is a suitable media for transferring loads from matrix to fibers. In this study, sizing as an industrial product is identified an​d a practical method of production is provided further. On next step, due to surface roughness change, sizing effect on a composite laminate has been studied. In order to do so, unsized fibers are made by heat treated glass-fibers. at this step, fibers similar to the residual ones from recycled composites, are provided. then heat treated fibers are resized with dipcoating in sizing pool. therefore virgin fibers, unsized fibers an​d resized fibers are three available sets. samples are made by using above fibers an​d hand lay up method in order to form composite laminates. Then composite laminates were subjected to tests such as transverse tensile test, three point bending test, in plane shear test an​d interlaminar fracture toughness mode I. results show a significant reduction in material properties of unsized fibers In comparison with virgin fibers. results also show that resized fibers have almost the same mechanical properties as virgin fibers. Meaning that, unsized glass fibers remaining from recycled composites can be reused by applying the method mentioned in this thesis. for the next step of this study, in order to reinforce the interphase, using nano particles CNT, CNF an​d nano-silica, is suggested an​d then studied. Enhancing fiber surface roughness, leading to a higher mechanical interlock an​d friction between fiber an​d matrix, is investigated an​d its effect on composite’s mechanical behavior is observed. in contradiction with previous studies, in this thesis, nano particles are used in the interphase of fibers an​d resin, rather than matrix. For this purpose, fibers should be coated with mentioned particles, so that the particles stay in the interphase region. for this purpose, nano particles are dissipated carefully in sizing material by a Ultrasonic method. Next, heat treated virgin fibers will be coated with nano modified sizing. then composite laminates are produced by current fibers an​d they will be tested, consequently. test results show 18% improvement on transverse tensile strength of composite laminates, due to presence of nano carbon particles (CNF) in glass fiber sizing, in comparison with virgin fibers. also sizings which are reinforced by carbon nano tubes (CNT), show increase in strength in all test cases. for instance, there has been a 30% improvement in transverse tensile strength for a CNT reinforced sizing fiber in comparison with virgin fibers. Among the samples, nano-silica reinforced sizing fibers, showed the highest effect on strength of composite laminates .for example, nearly 50% improvement on shear strength of a composite laminates using nano-silica modified sizing fibers resulted in comparison with virgin glass fibers. Also In this study introduce an innovative method of using nano-silica modified sizing, as an industrial plan.