جوشکاری فراصوتی کامپوزیتهای گرماسخت تقویت شده با پارچه بافته شده شیشه‌ای درحضور نانو ذرات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای، دانشکده مهندسی مکانیک، گروه مهندسی مکانیک ساخت و تولید، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، گروه مکانیک ساخت و تولید، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 استادیار، دانشکده شیمی، گروه شیمی فیزیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

4 دانشیار، دانشکده شیمی، گروه شیمی معدنی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

آماده سازی کامپوزیتها قبل از جوشکاری و استفاده از پلیمر گرمانرم توام با نانوذرات از روش­های ایجاد اتصالات نوین می­باشد. در این پژوهش استحکام مکانیکی اتصال کامپوزیتهای گرماسخت آماده سازی سطحی شده با H شیمیایی و با بکارگیری پلیمر پلی وینیل کلراید در حضور نانو ذره اکسید آلومینیوم بررسی شده است. آنالیز حرارتی پلی وینیل کلراید حاوی درصدهای وزنی مختلف نانو ذرات اکسید آلومینیوم بیانگر افزایش 45 درصدی رسانایی گرمایی است. مدل رگراسیون براساس مدل سطح پاسخ با استفاده از پارامترهای موثر زمان جوشکاری، درصد وزنی نانو ذرات و رسانایی گرمایی بدست آمده از آنالیز واریانس جهت پیش بینی بیشینه نیرو و جابجایی شکست اتصال ارائه شده است. نتایج نشان­دهنده بیشینه استحکام شکست 59 مگاپاسکال و بیشینه کرنش شکست 04/0 نمونه جوش داده شده در حضور 1 درصد وزنی نانو ذرات اکسید آلومینیوم می­باشد. افزایش به ترتیب 3/1 و 1/2 برابری بیشینه استحکام کششی و کرنش شکست محل اتصال در قیاس با نمونه­های پلی وینیل کلراید خالص بیانگر بهبود خواص مکانیکی می­باشد. بررسی ریزساختار با میکروسکوپ الکترونی نشان
می­دهد که یک اتصال یکنواخت در راستای خط جوش برقرار شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  • تیربند ح.، اکبری د. و گلزار م.، ایجاد قابلیت جوشکاری در پلیمرهای گرماسخت تقویت شده به کمک آماده سازی سطحی با استفاده از پرتو لیزر .نشریه علوم و فناوری جوشکاری ایران، د. 7، ش. 1، ص 97-106، 1400.
  • جباری راد ع.، اکبری د. و گلزار م.، اتصال مواد مرکب پایه گرماسخت به روش جوشکاری فراصوتی به کمک لایه واسط هم پخت شده. نشریه علوم و فناوری جوشکاری ایران، د. 6، ش. 2، ص137-144، 1399.
  • Deng S., Djukic L., Paton R. and Ye L., Thermoplastic-epoxy interactions and their potential applications in joining composite structures-A review. Composites part A: applied science and manufacturing, Vol. 68, pp. 121-132, 2015.
  • محمدی ع.، عابدینی ر.، عبداله ا. و فرتاشوند و.، بررسی سمت و سوی کاربرد ارتعاشات توان بالای فراصوتی در فرایندهای جوشکاری. نشریه علمی صوت و ارتعاش، د. 10، ش. 20، ص 35-55، 1400.
  • Agha Mohammad Pour M., Abdi Behnagh R. and Esmaeilzadeh P., Simulation of ultrasonic welding of Al-Cu dissimilar metals for battery joining. International journal of advanced design and manufacturing technology, Vol. 13, No. 2, pp. 23-31, 2020.
  • Palardy G., Shi H., Levy A., Corre S. L. and Villegas I. F., A study on amplitude transmission in ultrasonic welding of thermoplastic composites. Composites part A: applied science and manufacturing, Vol. 113, pp. 339-349, 2018.
  • Harras B., Cole K. C. and Vu-Khanh T., Optimization of the ultrasonic welding of PEEK-carbon composites. Journal of reinforced plastics and composites, Vol. 15, pp. 174-182, 2016.
  • Shutilov V. A., Fundamental physics of ultrasound. 1st CRC Press, London, 1988.
  • Brassard D., Dube M. and Tavares J. R., Resistance welding of thermoplastic composites with a nanocomposite heating Element. Composites part B: engineering, Vol. 165, pp. 779-784, 2019.
  • Ribeiro A., Casanova J., Brandi S. D. and Pinheiro D. M., Acoustic approach of weldability for nanocomposite (nanosilica/PA6) welded by ultrasonic welding. Palimeros, Vol. 29, No. 4, 2019.

]11[ نیکوی ر.، بنی مصطفی عرب ن.، قادری ع. و مراد شیخی م.، بررسی مشخصات مکانیکی و ظاهری کامپوزیت زمینه پلیمری جوشکاری شده توسط فرایند التراسونیک. نشریه مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 47، ش. 1، ص 333-339، 1396.

[12]         Holtmannspotter J., How surfaces of carbon fibre reinforced plastics with thermoset matrices need to be treated for structural adhesive bonding. The journal of adhesion, Vol. 94, pp. 839-854, 2018.

[13]         Mijovic J. S. and Koutsky J. A., Etching of polymeric surfaces: A review. Polymer-plastics technology and engineering, Vol. 9, pp. 139-179, 2006.

[14]         Lionetto F., Morillas M. N., Pappada S., Buccoliero G., Villegas I. F. and Maffezzoli A., Hybrid welding of carbon-fiber reinforced epoxy based composites. Composite part A: applied science and manufacturing, Vol. 104, pp. 32-40, 2018.

[15] Zhi Q., Tan X. R., Lu L., Chen L. Y., Li J. C. and Liu Zh. X.,                    Decomposition of ultrasonically welded carbon fiber/polyamide 66 and its effect on weld quality. Welding in the world, Vol. 61, pp. 1017-1028, 2017.

 [16] Foong Ph. Y., Voon Ch. H., Lim B. Y. and et al., Formation of polypropylene nanocomposite joint using silicon carbide nanowhiskers as novel susceptor for microwave welding. Journal of reinforced plastics and composites, Epub ahead of print 22 september 2022. DOI: 10.1177/07316844221128317.

[17]         Li W., Frederick H. and Palardy G., Multifunctional films for thermoplastic composite joints: ultrasonic welding and damage detection under tension loading. Composites part A:applied science and manufacturing, Vol. 141, pp. 106221, 2021.

[18] Fuller T. R. and Fricke A. L., Thermal conductivity of polymer melts. Journal of applied polymer science, Vol. 15, pp. 1729-1736, 1971.

[19] Dhawale V. P., Khobragade V. B. and Kulkarni S. D., Synthesis and characterization of aluminium oxide (Al2O3) nanoparticles and its application in Azodye decolourisation. International journal of environmental analytical chemistry, Vol. 2, pp. 10-17, 2018.