16820

16820

تقويت مكانيكي آهار الياف شيشه

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

آبان 1395

دكتر محمود مهرداد شكريه

مكانيك

چكيده 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. واژه¬هاي كليدي: آهار الياف شيشه، آهار تقويت شده با نانو ذرات، زبري سطح الياف، فازمشترك

1395/12/09

1/1/1900 12:00:00 AM