رفتار کامپوزیت‌های چندمقیاسی اپوکسی-الیاف کربن حاوی نانوصفحات گرافن تحت بارگذاری عرضی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

4 استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

چکیده

مواد کامپوزیتی به دلیل ویژگی‌های منحصربه فردی ماننداستحکام ویژه و سفتی ویژه بالاکاربردهای زیادی درصنایع خودروسازی،هوافضا،حمل ونقل وهمچنین دیگر صنایع دارند.در تحقیق حاضر، به بررسی اثر افزودن نانوگرافن در مقادیر مختلف(صفر، 1/0، 2/0،3/0، 4/0 و 5/0 درصد وزنی نسبت به زمینه) بر رفتارمکانیکی کامپوزیت­های زمینه اپوکسی حاوی الیاف کربن تحت بارگذاری عرضی پرداخته شده است.برای پخش نانوصفحات گرافن درون زمینه پلیمری از دو روش همزدن با سرعت بالا و اعمال امواج اولتراسونیک استفاده شد.برای ساخت نمونه‌های کامپوزیتی از روش لایه‌گذاری دستی استفاده شد و در ادامه آزمون خمش سه­نقطه‌ای بر روی نمونه‌هاصورت پذیرفت.نتایج به دست آمده نشان داد که بیشترین میزان بهبود در رفتار خمشی به ازای افزودن 4/0 درصد وزنی نانوگرافن حاصل شد که در این حالت استحکام خمشی، مدول خمشی، انرژی جذب شده به ترتیب به میزان 39، 135 و47درصد نسبت به کامپوزیت‌های فاقد نانوگرافن، افزایش یافت. همچنین مطالعات میکروسکوپ الکترونی نشان داد که افزودن نانوصفحات گرافن تاثیر بسزایی در بهبود فصل­مشترک بین الیاف کربن  و زمینه اپوکسی داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]        مجتبی صدیقی، سازه‌های مرکب (مکانیک موادوطراحی) ،انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر،چاپ دوم،تابستان1389.
[2]     Mallick P.K., Fiber Reinforced Composites Materials, Manufacturing, and Design, Taylor & Francis, 2007
[3]     Taljera R., and Singh C. V., Damage and Failure of Composite Materials Cambridge university press, 2012.
[4]     Koide R. M., Zeska G. V., and LauresenM. A., An ant colony algorithm applied to lay-up optimization of laminated composite plates, Latin American Journal of solids and Structures, Vol. 10, pp. 491-504, 2013.
[5]     Hyer M. W., Stress Analysis of Fiber-Reinforced Composite Materials, WCB/McGraw-Hill, New York, 1998
[6]     Kumar K. P., andSekaran A. S. J., Some natural fibers used in polymer compositesand their extraction processes: a review, Journal of Reinforced Plasticsand Composites, Vol. 33, PP. 1879-1892, 2014.
[7]     WangP., YangJ., LiuW., Tang X. Z., Zhao K., Lu X., and XuS., Tunable crack propagation behavior in carbon fiber reinforced plastic laminates with polydopamine and graphene oxide treated fibers, Materials and Design, Vol. 113, pp. 68-75, 2017.
[8]     ZhuH., Li X., Dong Z., Ma G., Han F, Cong Y., Yuan G., Cui Z.,  and WestwoodA., Effect of carbon fiber crystallite size on the formation of hafnium carbide coating and the mechanism of the reaction of hafnium with carbon fibers, Carbon, Vol. 115, pp. 640-648, 2017.
[9]     Paul D. R., and Robeson L. M., Polymer nanotechnology: Nan composites, Polymer, Vol. 49, pp. 3187-3204, 2008.
[10] Kumar S. M. S., RajuN. M. S., Sympathy. S., and JayakumariL. S., Effects of Nan materials  on Polymer Composites: an expatriate view, Review Advanced Materials Science, Vol. 38, pp. 40–54, 2014.
[11] Hussain F., and Hojjati M, Review article: Polymer-matrix Nanocomposites, Processing, Manufacturing, and Application: An Overview, Journal of Composite Materials, Vol. 40, pp. 1511-1574, 2006.
[12] HuK., KulkarniD. D., ChoiI., and TsukrukV. V., Grapheme-polymer nano composites for structural and functional applications, Progress in Polymer Science, Vol. 39, pp. 1934-1972, 2014.
[13] MittalG., DhandV., RheeK. Y., Park S. J., and LeeW. R., " A review on carbon nanotubes and graphene as fillers in reinforced polymer nanocomposites", Journal of Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 21, pp. 11-25, 2015.
[14] BafanaA. P., YanX., Patel M., Guo Z., Wei S., Wujcik E. K., Polypropylene nanocomposites reinforced with low weight percent graphene nanoplatelets, Composites Part B: Engineering, Vol. 109, pp. 101-107, 2017.
[15] CuiY., KundalwalS. I., Kumar S., Gas barrier performance of graphene/polymer nanocomposites”, Carbon, Vol. 98, pp. 313-333, 2016.
[16] ShokriehM. M., Esmkhani M., and HaghighatkhahA. R., Mechanical Properties of Graphene/Epoxy Nanocomposites under Static and Flexural Fatigue Loadings, Mechanics of Advanced Composite Structures, Vol. 1, pp. 1-7, 2014.
[17] Nudism., Guitar., Narthex A. D., Hour M., and JeelaniS., Synergistic Effect of Grapheme Nan platelets and Nan clay on Epoxy Polymer Nan composites, Advanced Materials Research, Vol. 1119, pp. 155-159. 2015.
[18] KamarN. T., Hossain M. M., Khomenko A., Haq M., Drzal L. T., and LoosA., "Interlaminar Reinforcement of Glass Fiber/Epoxy Composites with Graphene Nanoplatelets, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 70, pp. 82–92, 2015.
[19] FanH., WangL., ZhaoK., LiN., Shi Z., Ge Z., and Jin Z.,Fabrication, Mechanical Properties, and Biocompatibility of Graphene-Reinforced Chitosan Composites", Biomacromolecules, Vol. 11, pp. 2345-2351, 2010.
[20] Shen X.J., LiuY., Xiao H. M., Feng Q. P., Yu Z. Z., and Fu S. Y., The Reinforcing Effect of Graphene Nanosheets on the Cryogenic Mechanical Properties of Epoxy Resins, Composites Science and Technology, Vol. 72, pp. 1581-1587, 2012.
[21] Khosravi H., and Eslami-Farsani R., On the flexural properties of multiscale nanosilica/E-glass/epoxy anisogrid-stiffened composite panels, Journal of Computational & Applied Research in Mechanical Engineering, Vol. 7(1), pp. 99-108, 2017.
[22] Abdi A., Eslami-Farsani R., and Khosravi H., Evaluating the Mechanical Behavior of Basalt Fibers/Epoxy Composites Containing Surface-modified CaCO3 Nanoparticles, Fibers and Polymers, Vol. 19(3), pp. 635-640, 2018.
[23] Khosravi H., and Eslami-Farsani, R., An experimental investigation into the effect of surface-modified silica nanoparticles on the mechanical behavior of E-glass/epoxy grid composite panels under transverse loading, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 3(1), pp. 11-20, 2016.
[24] ASTM D790: Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials, 2003.
[25] MaricheR., Sanchez M., Suarez A.J., Prolongo S.G., and UrenaA., Electrically Conductive Functionalized-GNP/Epoxy Based Composites: From Nanocomposite to Multiscale Glass Fibre Composite Material, Composites Part B, Vol. 98, pp. 49-55, 2016.
[26] AvilaA. F., PeixotoL. G. Z, Silva NetoA., De avila J., and Carvalho M. G.R., Bending Investigation on Carbon Fiber/Epoxy Composites Nano- Modified by Graphene, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Science and Engineering , Vol. 35, pp. 269-275, 2012.
[27] Khosravi H., Eslami-Farsani, R., Enhanced Mechanical Properties of Unidirectional Basalt Fiber/Epoxy Composites Using Silane-Modified Na+-Montmorillonite Nanoclay, Polymer Testing, Vol. 55, pp. 135-142, 2016.
[28] Chouhan D. K., Rath S. K., Kumar A., Alegaonkar P. S., Kumar S., Harikrishnan G., and Patro T. U., "Structure- Reinforcement Correlation and Chain Dynamics in Graphene Oxide and Laponite- Filled Epoxy Nanocomposites", Journal of Materials Science, Vol. 50, pp. 7458-7472, 2015.
[29] Wang F., Drzal L. T., Qin Y., and Huang Z., Enhancement of Fracture Toughness, Mechanical and Thermal Properties of Rubber/Epoxy Composites by Incorporation of Graphene Nanoplatelets, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 87, pp. 10-22, 2016.
[30] Qin Q., and Ye J., Toughening mechanism in composite materials, Elsevier, 2015.
[31] Khosravi H., Eslami-Farsani R., On the Mechanical Characterizations of Unidirectional Basalt Fiber/ Epoxy Laminated Composites with 3-glycidoxy propyltrime thoxysilane Functionalized Multi-Walled Carbon Nano tubes–Enhanced Matrix, Journal of Reinforced Plastics and composites, Vol. 35, No. 5, pp. 421-434, 2016.