16343

16343

تأثير نوع ذرات نانو بر انرژي شكست چسب‌هاي پليمري

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي/ جامدات

اسفند ماه 1394

دكتر هادي خرمي‌‌شاد

دكتر محمد فصيحي

مكانيك

چكيده اين روزها، استفاده از اتصالات چسبي به خاطر مزيت‌‌هايي كه نسبت به روش‌‌هاي سنتي اتصال دارا مي‌‌باشند، شاهد افزايش روزافزوني مي‌‌باشد. از مزيت‌‌هاي اتصالات چسبي مي‌‌توان به توزيع تنش يكنواخت‌‌تر و هزينه كمتر در ساخت اشاره كرد. يكي از بزرگ‌ترين نقاط ضعف چسب‌‌هاي پايه اپوكسي به‌عنوان يك چسب‌‌هاي سازه‌‌اي بسيار پركاربرد، انرژي شكست پايين آن‌ها مي‌‌باشد. در اين تحقيق از روش اضافه كردن نانوپركننده‌‌ها به‌منظور غلبه بر اين نقطه‌ضعف بزرگ چسب‌‌هاي پايه اپوكسي، استفاده شده است. هدف از اين تحقيق، بررسي تأثير نوع نانوپركننده‌‌ها بر روي انرژي شكست و رفتار شكست چسب‌‌هاي پايه اپوكسي مي‌‌باشد. لذا از دو نانوپركننده‌‌ي نانولوله‌‌هاي كربني و نانوصفحات اكسيد گرافن براي اين منظور استفاده شد. نانوپركننده‌‌ها در ماتريس چسب توزيع شده و با ساخت نمونه DCB و آزمايش آن، به محاسبه انرژي شكست چسب‌‌هاي تقويت‌شده با نانوپركننده‌‌ها در مود يك شكست پرداخته شد. با اضافه كردن 3/0 درصد از نانولوله‌‌هاي كربني، 4/20 درصد افزايش در مقدار انرژي شكست مشاهده شد. همچنين با اضافه كردن 3/0 درصد از نانوصفحات اكسيد گرافن انرژي شكست تا 7/66 درصد افزايش پيدا كرد. نتايج گذارش شده نشان‌دهنده‌‌ برتري نانوصفحات اكسيد گرافن نسبت به نانولوله‌‌هاي كربني مي‌‌باشد. از روش مدل‌سازي ناحيه چسبناك، به‌منظور بررسي رفتار شكست اين چسب‌‌ها استفاده شد. پارامترهاي كشش-جدايش و نحوه بدست آوردن يا انتخاب اين پارامترها تشريح شد. نمودارهاي كشش-جدايش چسب‌‌ها با درصدهاي مختلف وزني از دو نانوپركننده استفاده شده، بدست آورده و ترسيم شد. درنهايت با بررسي اين نمودارها در بهترين حالت چسب تقويت‌شده با 3/0 درصد وزني از نانوصفحات اكسيد گرافن مقدار استحكام چسبناك تا 29 درصد و مقدار جدايش تسليم تا 20 درصد افزايش داده شد. مقدار استحكام چسبناك با اضافه كردن 3/0 درصد وزني از نانولوله‌‌هاي كربني نيز به ميزان 29 درصد افزايش اما مقدار جدايش تسليم به ميزان 9 درصد كاهش يافت. واژه‌هاي كليدي: نانوچسب‌‌، انرژي شكست، نانوپركننده‌‌ها،مدل ناحيه چسبناك

1395/11/02

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Nowadays, the use of adhesive joints due to its advantages ahead of old techniques have been advanced day by day. A uniform tension distribution an​d low cost process of adhesive joints can be mentioned as examples of its advantages. One of the main cons of epoxy based adhesives as a very practical structural adhesive is its low value of fracture energy. In this work, addition of nano-fillers was used in order to overcome this downside. The objectives of this research are to study the effect of different nano-fillers on the fracture energy an​d fracture behavior of the adhesive. Thus, graphene oxide nano-platelets (GOPs) an​d carbon nano-tubes (CNTs) as different nano-fillers at 0.1, 0.3 an​d 0.5 wt% were used in order to improve the fracture energy of adhesive in this work. Nano-fillers were dispersed in the adhesive an​d double cantilever beam specimens were manufactured an​d tested in order to determine the fracture energy of nano-reinforced adhesives in the mode I of fracture. An increase of 20.4% was observed in the fracture energy of reinforced adhesive including 0.3 wt% of carbon nano-tubes. An increase of 66.7% was observed also in the fracture energy of reinforced adhesive including 0.3 wt% of graphene oxide nano-palatelets. Reported results illustrates the superiority of graphene nano-platelets over carbon nano-tubes in improving the fracture energy of the adhesive. Cohesive zone model technique was used In order to study the fracture behavior of the reinforced adhesives. Traction-separation parameters an​d the ways of obtaining o​r selecting them were discussed. Traction-separation diagrams were obtained for adhesives at each filler wt%. The diagrams were studied, an​d an increase of about 29% in cohesive strength an​d an increase of about 20% in the length of the process zone were discovered in reinforced adhesives including 0.3 wt% of GOPs at the end. The same increase in cohesive strength an​d a dcrease of 9% were discovered in reinforced adhesives including 0.3 wt% of CNTs. Key words: nano-adhesives, fracture energy, nano-fillers, cohesive zone model