23318

تاثير جهت دهي تركيبي از ذرات نانو بر خواص مكانيكي اتصالات چسبي تقويت شده

كارشنناسي ارشد

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي

1395

1399/01/25

دكتر خرمي شاد

مهندسي مكانيك

محققان روش هاي مختلفي براي افزايش استحكام اتصالات چسبي ارائه داده اند. از جمله روش ها مي توان به تغيير پارامترهاي هندسي اتصال، افزودن ذرات در ابعاد مختلف، افزودن الياف به لايه چسب و غيره اشاره نمود. در سازه هاي اتصال چسبي با افزودن نانو ذرات مختلف از قبيل: نانو لوله هاي كربن، نانو صفحات گرافن، خاك رس و غيره به ماده پايه چسب سبب بهبود خواص مكانيكي در اتصالات چسبي مي شوند. برخي از ذرات نانو مانند نانو لوله هاي كربني و نانو صفحات گرافن به دليل ساختار شيميايي و هندسي و همچنين دارا بودن خواص متفاوت در طول و عرض در اثر اعمال ميدان الكتريكي يا مغناطيسي به آن ها قابليت جهت گيري و هم راستا شدن دارند، از اين رو در تقويت سازه هاي اتصال چسبي كاربرد وسيعي دارند. در اين پژوهش از تركيب نانولوله هاي كربن و نانو صفحات اكسيد گرافن، براي تقويت چسب اپوكسي استفاده شده است. تركيب اين ذرات نانو در دو حالت توزيع تصادفي و جهت دهي شده، در دو درصد وزني مختلف (0.1 و 0.3) و با نسبت تركيب 1:1 ، 3:1 و 1:3 CNT:GoNP)) استفاده شده اند و تأثير آن ها بر رفتار شكست اتصالات چسبي كامپوزيتي مورد بررسي قرار گرفته ¬است. چسبنده هاي استفاده شده از جنس كامپوزيت شيشه /كربن / اپوكسي هستند، از پارچه كربن تك جهته به عنوان الكترود براي ايجاد ميدان الكتريكي متناوب (AC)، استفاده شده است و جهت دهي ذرات در راستاي ضخامت چسب صورت گرفته است. به وسيله آزمايش استاندارد تير يك سر گيردار دو لبه و تئوري تير ساده، انرژي شكست شروع رشد ترك محاسبه شده است. بيشترين مقدار بهبود خواص براي هر دو درصد وزني 0.1 و 0.3 در نسبت تركيب 3:1 ذرات نانو مشاهده شده است در حالت جهت‌دهي شده با 0.3 درصد وزني ذرات نانو با نسبت تركيب 3:1 مشاهده شده است كه مقدار 389 درصد در انرژي شكست اوليه و 175 درصد در نيروي بيشينه اتصال، براي حالت جهت دهي شده 0.1 درصد وزني ذرات نانو با نسبت تركيب 3:1 هم 222 درصد در انرژي شكست و 148 درصد در نيروي بيشينه اتصال، نسبت به اتصالات چسبي تقويت نشده بدست آمد. اين نتايج نشان دهنده آنست كه با افزايش درصد وزني ذرات نانو و نسبت بيشتر نانو لوله هاي كربني در تركيب ذرات نانو بهبود رفتار شكست اتصالات چسبي بيش تر است. براي نمايش سطوح شكست و مشاهده و بررسي مكانيزم هاي چقرمه سازي از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي استفاده شده است كه در نانولوله هاي كربني مكانيزم هاي انحراف ترك، پل زني و بيرون كشي و در نانو صفحات گرافن، مكانيزم هاي ميخكوب شدن نوك ترك ، جدايش و رشد حفره پلاستيك نيز مشاهده شد.

1400/01/22

The Effect of Aligning Combined Nanoparticles on the Mechanical Behavior of Reinforced Adhesive Bonded Joints

4/13/2020 12:00:00 AM

Researchers have proposed various methods to increase the strength of adhesive joints. Methods include changing the geometric parameters of the joint, adding particles in different dimensions, adding fibers to the adhesive layer, and so on. In adhesive bonding structures by adding different nanoparticles such as carbon nanotubes, graphene nanoparticles, clay, etc. to the adhesive base material improve the mechanical properties of adhesive bonds. Some nano particles, such as carbon nanotubes and graphene nano-plates, can be oriented and aligned due to their chemical and geometric structure as well as having different properties in length and width due to the application of electric or magnetic fields. Therefore, they are widely used in reinforcing adhesive bonding structures. In this study, a combination of carbon nanotubes and graphene oxide nanofibers was used to reinforce epoxy adhesive. The composition of these nanoparticles in two randomly distributed and orientated modes, at two different weight percentages (0.1 and 0.3) with 1:1, 3:1, and 1:3 composition ratios (CNT:GoNP), and their effect on fracture behavior Composite adhesive joints have been investigated. The adhesives used are composite glass / carbon / epoxy, unidirectional carbon fabric used as the electrode to create alternating electric field (AC), and the particle orientation is aligned with the adhesive thickness. By standard testing of a double-edged beam head and simple beam theory, the failure energy of crack growth initiation is calculated. The highest enhancement properties were observed for both 0.1 and 0.3 wt.% At 3:1 composition ratio of nanoparticles. 175% at the maximum bond strength, for the orientation state of 0.1 wt% of the nanoparticles with a 3:1 composition ratio of 222% at fracture energy and 148% at the maximum bond strength, compared to unreinforced adhesives. These results indicate that by increasing the weight percentage of nanoparticles and the higher proportion of carbon nanotubes the adhesion breakage behavior is more improved. Scanning electron microscopy images of fracture surfaces were used to observe the mechanisms of crack formation, and mechanisms of cracking, cracking and extrusion in carbon nanotubes and graphene nano-plates, crack tip pinning, separation and plastic cavity growth were also observed.

اتصالات چسبي كامپوزيتي , ميدان الكتريكي متناوب , جهت دهي ذرات نانو , انرژي شكست

adhesive joint , alternative current electric field , alignment of nanofillers , fracture energy