31457

خواص الكتريكي و مكانيكي اتصالات چسب تك لبه پر شده با نانوذرات

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي

1399

1403/7/14

فتح الله طاهري بهروز

عباس علي ديوان البو صالح

پرديس دانشگاهي - دانشكده مهندسي مكانيك

اتصالات چسب به دليل مزايا و سهولت كاربرد در ممايسه با ساير روش هاي اتصال در صنايع مختلف كاربرد فراواني دارند. اين تحميك بر افزايش رسانايي الكتريكي و خواص مكانيكي چسب هاي اپوكسي با تركيب نانوپلاكت هاي گرافن (G) ، نانوپركننده هاي اكسيد آهن (Fe3O4) و يك نانوپركننده هيبريدي (Hy) متشكل از درصد وزني مخلوط G و Fe3O4 متمركز است. نمونه هاي چسب تك لبه حاوي اين نانوپركننده ها با درصد 3 و 4 درصد ساخته شده و تحت بار كششي در دماهاي مختلف: دماي اتاق، 45 درجه سانتي گراد و ، وزني 2 88 درجه سانتي گراد، آزمايش شدند. نتايج نشان مي دهد كه افزودن نانوپركننده هاي G ، Hy و Fe3O4 استحكام برشي و رسانايي الكتريكي را هم در دماي اتاق و هم در دماي بالا افزايش مي دهد بدون اينكه دماي انتمال شيشه اپوكسي (Tg) را تغيير دهد. آزمايش هاي كششي نشان داد كه تأثير نانوپركننده ها بر مماومت برشي اتصالات چسب بسته به نوع، درصد وزني نانوپركننده هاي اضافه شده و دماي آزمايش متفاوت است. براي گرافن، ادغام 2 درصد وزني، 3 درصد وزني و 4 درصد وزني در 88 درجه سانتي گراد منجر به افزايش مماومت برشي به 2.6 .. درصد و 82.5 درصد شد. روند مشابهي براي نانوپركننده هاي ،.. ترتيب 2.2 Fe3O4 مشاهده شد، كه در آن افزودن 2 درصد وزني، 3 درصد وزني و 4 درصد وزني در دماي 88 درجه سانتي گراد منجر به 65.8 و 25.3 درصد شد. براي نانو پركننده هيبريدي، ادغام 2 ، افزايش استحكام اتصال چسب به ترتيب 55 درصد وزني، 3 درصد وزني و 4 درصد وزني در دماي 88 درجه سانتي گراد منجر به بهبود مماومت برشي 98.3 درصد و 56.9 درصد شد. با توجه به رسانايي الكتريكي تحت نسبت هاي مختلف بار ، به ترتيب 95.4 (F/Fmax) و دما ) 25 درجه سانتي گراد، 45 درجه سانتي گراد، 88 درجه سانتي گراد(، آزمايش اپوكسي 4 .5 . بود - × تميز نشان داد كه در نسبت بار 65 درصد، رسانايي . 7.9 . S/mm در 88 درجه سانتيگراد. پس از افزودن نانوپركننده ها، هدايت الكتريكي به طور لابل توجهي بهبود يافت. بهترين رسانايي الكتريكي براي Fe3O4 0.00495 S/mm در دماي 25 درجه سانتي گراد با اضافه كردن 4 درصد وزني بدون بار بود. نانو پركننده هيبريدي (Hy) همچنين هدايت الكتريكي بهبود يافته اي را نشان داد و عملكرد بهتري از گرافن با رسانايي 5.555442 S/mm در دماي 45 درجه سانتي گراد با افزودن 4 درصد وزني بدون بار داشت. براي G - 5 .5 × ، رسانايي 6.85556 S/mm در 45 درجه سانتي گراد بدون بار بود. ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) نشان داد كه در 2 درصد وزني، هيچ تجمع لابل توجهي وجود ندارد. با اين حال، تجمعات شروع به تشكيل در 3 درصد وزني كردند و به وضوح در 4 درصد وزني براي G و Fe3O4 لابل مشاهده بودند. در ممابل، هيبريد (Hy) هيچ نشانه اي از تراكم نشان نداد، كه نشان مي دهد مخلوط كردن G با Fe3O4 تجمعات را كاهش مي دهد. به طور كلي، G و هيبريد (Hy) عملكرد برتر را در بهبود مماومت برشي در ممايسه با Fe3O4 نشان مي دهند، با درصد وزني بهينه براي G و Fe3O4 3 درصد وزني مشخص شده است. درصدهاي بالاتر منجر به كاهش تنش برشي ناشي از تراكم شد. برعكس، Fe3O4 و هيبريد (Hy) عملكرد برتري را در بهبود هدايت الكتريكي در ممايسه با G نشان مي دهند. اين مطالعه بينش هاي ارزشمندي را در مورد بهينه سازي چسب هاي اپوكسي براي افزايش هدايت الكتريكي و عملكرد مكانيكي تحت شرايط دمايي مختلف ارائه مي دهد .

1403/08/14

Electrical and Mechanical Properties of Single Lap Adhesive Joints Filled with Nanoparticles

10/5/2025 12:00:00 AM

Adhesive joints are widely used in various industries due to their advantages and ease of application compared to other joining methods. This research focuses on enhancing the electrical conductivity and mechanical properties of epoxy adhesives by incorporating Graphene nanoplatelets (G), iron oxide nanofillers (Fe3O4), and a hybrid nanofiller (Hy) consisting of an equal weight percentage mixture of G and Fe3O4. Single lap adhesive specimens containing these nanofillers at weight percentages of 2%, 3%, and 4% were fabricated and tested under tensile load at different temperatures: room temperature, 45°C, and 88°C. The results reveal that the addition of G, Hy, and Fe3O4 nanofillers enhances shear strength and electrical conductivity at both room and elevated temperatures without altering the epoxy's glass transition temperature (Tg). The tensile tests showed that the influence of nanofillers on the shear strength of adhesive joints varies depending on the type, weight percentage of the added nanofillers, and the testing temperature. For Graphene, the incorporation of 2 wt%, 3 wt%, and 4 wt% at 88°C led to increases in shear strength of 112.2%, 112.6%, and 82.5%, respectively. A similar trend was observed for Fe3O4 nanofillers, where additions of 2 wt%, 3 wt%, and 4 wt% at 88°C resulted in enhancements in adhesive joint strength by 50%, 60.8%, and 25.3%, respectively. For the hybrid nanofiller, the incorporation of 2 wt%, 3 wt%, and 4 wt% at 88°C led to shear strength improvements of 95.4%, 98.3%, and 56.9%, respectively. Regarding electrical conductivity under varying load ratios (F/Fmax) and temperatures (25°C, 45°C, 88°C), the testing of neat epoxy revealed that at a 60% load ratio, the conductivity was 7.91 × 10-14 S/mm at 88°C. After adding the nanofillers, electrical conductivity improved significantly. The best electrical conductivity for Fe3O4 was 0.00495 S/mm at 25°C with a 4 wt% addition without load. The hybrid nanofiller (Hy) also showed improved electrical conductivity, outperforming Graphene with a conductivity of 0.000442 S/mm at 45°C with a 4 wt% addition without load. For G, the conductivity was 6.85506 × 10-5 S/mm at 45°C without load. Scanning Electron Microscopy (SEM) revealed that at 2 wt%, no noticeable agglomerations were present; however, agglomerations began to form at 3 wt% and were clearly visible at 4 wt% for both G and Fe3O4. In contrast, the hybrid (Hy) showed no signs of agglomeration, indicating that mixing G with Fe3O4 reduces agglomerations. Overall, G and the hybrid (Hy) demonstrate superior performance in improving shear strength compared to Fe3O4, with the optimal weight percentage identified as 3 wt% for G and Fe3O4; higher percentages led to decreased shear stress due to agglomeration. Conversely, Fe3O4 and the hybrid (Hy) exhibit superior performance in improving electrical conductivity compared to G. This study provides valuable insights into optimizing epoxy adhesives for enhanced electrical conductivity and mechanical performance under varying temperature conditions.

اتصالات چسبي تك دور

Single-lap adhesive joints

Masna Shaybani

Dr.Taheri