تأثیر نانوذرات رس و نانولولۀ کربنی بر خواص کامپوزیت اپوکسی/الیاف شیشه

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی مواد، دانش‌آموختۀ دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ساوه.

2 گروه مهندسی مواد، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، تهران.

3 مهندسی مواد، دانش‌آموختۀ دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، تهران.

چکیده

کامپوزیت اپوکسی/الیاف شیشه یکی از انواع کامپوزیت‌ها است که در سال‌های اخیر بهدلیل خواص خوب و قیمت تمامشدۀ پایین مورد توجه قرار گرفته‌است. استحکام خمشی نسبتاً پایین و احتمال برش بین لایه‌ای بالا، از مواردی است که کاربرد کامپوزیت اپوکسی/ الیاف شیشه را محدود کردهاست. تحقیقات زیادی برای شناسایی روش‌های بهبود خواص این کامپوزیت و در نتیجه افزایش دامنۀ کاربردهای آن، بهویژه از طریق ساخت کامپوزیت هیبرید با اضافه کردن ذرات تقویتکننده به زمینه انجام شدهاست. در این میان نانوذرات رس و نانولوله‌های کربنی بهدلیل عملکرد مناسب در زمینۀ اپوکسی بهعنوان تقویت‌کننده، مورد توجه قرار گرفته‌اند. افزودن این ذرات هرچند سبب بهبود خواص کامپوزیت شده اما عموماً روش‌های تولید پیشنهادی، سبب افزایش هزینۀ تولید این کامپوزیت شده و این تحقیقات، عملاً نتیجه‌ای درخور برای صنعت بههمراه نداشته‌اند. در این تحقیق نانورس و نانولولۀ کربنی بهوسیلۀ روش اختلاط مکانیکی با همزن مکانیکی ساده با سرعت rpm 400-300 به زمینۀ اپوکسی اضافه شده و تغییرات استحکام خمشی و برشی بین لایه‌ای کامپوزیت‌های هیبرید و کامپوزیت اپوکسی/ الیاف شیشه، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد، افزایش نانوذرات رس به زمینۀ کامپوزیت سبب افزایش استحکام خمشی می‌شود و بیشترین میزان افزایش استحکام خمشی حدود 25% و مربوط به نمونۀ حاوی 0.5% نانورس نسبتبه نمونۀ بدون نانوذرات رس است. استحکام برشی بین لایهای نیز با افزودن 2% نانورس بهمیزان 5% افزایش یافتهاست. با این وجود افزودن نانولولۀ کربنی در این روش تولید، تأثیری معکوس بر خواص داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of nano clay and carbon nano-tube on the glass fiber- epoxy hybrid composites

نویسندگان [English]

  • Foad Javdaneh 1
  • Arman Sedghi 2
  • Faranak Farhadinia 3
1 Holder of master degree in material engineering, Saveh Azad University.
2 Imam Khomeini International University.
3 Holder of master degree in material engineering, Imam Khomeini International University.
چکیده [English]

In recent years Epoxy/fiberglass composite due to its good properties and low cost of has attracted much attention. Relatively low flexural and interlaminar shear strength are the two most important weaknesses of this composite, which limit its uses. One way for improving these properties is by increasing particles to the matrix, in other words, producing hybrid composites. Carbon nanotube and nanoparticles of clay, based on their good function in the epoxy matrix as reinforcements have attracted much attention for such purpose. Although, adding these kinds of particles will improve the properties of epoxy/fiberglass composite, but generally will increase its production cost, which is why these researches have had no practical uses for the industry yet. In this study, nanoparticles of clay and carbon nanotube were added to the epoxy matrix by a regular mechanical mixer with a speed of 300-400 rpm, and the flexural strength and the interlaminar shear strength were investigated and compared with the epoxy/fiberglass composite. The results show that increasing the nono clay particles to the matrix increase the flexural strength of the composite. The sample with 0.5 wt. % of nono clay shows the greatest increase in flexural strength, which is about 25 % more than the sample without nanoparticles. The interlaminar shear strength is also increased by about 5%, by adding 2 wt.% of nanoparticles of clay. The addition of carbon nanotubes in this method has a bad effect on properties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hybrid composite
  • Epoxy/Fiberglass
  • Flexural Strength
  • interlaminar shear strength
  • Nano clay
  • Carbon Nano Tube
  1. Sharma, B. K., Sharma., G., Rahaman, A., "Mechanical and Thermal Properties of Nanoclay/Glass Fiber/Epoxy Laminated Composite", International Research Journal of Engineering and Technology, 04, pp. 3116-3119, (2017).
  2. Thakur V. K., Thakur M. K., Pappu A., "Hybrid Polymer Composite Materials", Woodhead Publishing, Cambridge, pp. 57-82, (2017).
  3. Guolong Wang, Demei Yu, Ajit D.Kelkar, Lifeng Zhang, "Electrospun Nanofiber: Emerging Reinforcing Filler in Polymer Matrix Composite Materials", Progress in Polymer Science, 75, pp. 73-107, (2017).
  4. Meyers R. A.,"Encyclopedia of Physical Science and Technology", Academic Press,, Cambridge, pp. 455-468, (2003).
  5. Shalin, R. E., "Polymer Matrix Composites", Chapman & Hall, London, pp. 1-86, (1995).
  6. Sivasaravanana, S., BupeshRajab, V. K., Manikandanc, "Impact Characterization of Epoxy LY556/E-Glass Fibre/Nano Clay Hybrid Nano Composite Materials", Procedia Engineering, 97, pp. 968-974, (2014).
  7. Sathishkumar, TP., Satheeshkumar, S., and Naveen, J., "Glass Fiber-Reinforced Polymer Composites- A Review", Reinforced Plastics and Composites, 33, No. 13, pp.1258-1275, (2014).
  8. Singh, S. K., Singh, S., Sharma, S., Sharma, V., "Strenghth Degradation of Mechanical Properties of Unidirectional E-Glas Fiber Epoxi Resin Nanoclay Composites under Hydrothermal Loading Condition", Procedia Materials Science, 5, No. 1, pp. 113-119, (2014).
  9. Zweben, C. H., "Composites: Overview", In Encyclopedia of Condensed Matter Physics, Elsevier Academic Press, Cambridge, pp.192-208, (2005).
  10. Rafiq, A., Merah, N., Boukhili, R., Al-Qadhi, M., "Impact Resistance of Hybrid Glass Fiber Reinforced Epoxy/Nanoclay Composite", Polymer Testing, 57, No. 1, pp. 1-11, (2017).
  11. Olusanya, J., Kanny, K., Singh, Sh., "Bulk Cure Study of Nanoclay Filled Epoxy Glass Fiber Reinforced Composite Material", Jornal of Polymer Engineering, 37, No. 3, pp. 247-259, (2016).
  12. Thiagarajan, A., Kaviarasan, K., Vigneshwaran, R., Venkatraman, K. M., "The Nano Clay Influence on Mechanical Properties of Mixed Glass Fibre Polymer Composites", International Journal of ChemTech Research, 6, No. 3, pp. 1840-1843, (2014).
  13. Karippal, J. J., Murthyl, H. N., Rai, K. S., Sreejith1, M., Krishna, M., "Study of Mechanical Properties of Epoxy/Glass/Nanoclay Hybrid Composites", Journal of Composite Materials, 45 (18), pp. 1893-1899, (2016).
  14. Zeiler, R., Kuttner, C., Khalid, U., Kothmann, M. H., Dijkstra, D. J., Altstadt, V., "The Role of Multi-Walled Carbon Nanotubes in Epoxy Nanocomposites and Resin Transfer Molded Glass Fiber Hybrid Composites: Dispersion, Local Distribution, Thermal, and Fracture/Mechanical Properties", Polymer Composites, 38 (9), pp. 1849-1863, (2015).
  15. Rathore K., Prusty R. K., Kumar D. S., Ray B. C., "Mechanical Performance of CNT-Filled Glass Fiber/Epoxy Composite in In-Situ Elevated Temperature Environments Emphasizing the Role of CNT Content", Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 84, pp. 364-376, (2016).
  16. Rahaman, A., Imran, M., "Epoxy-Carbon Nanotubes as Matrix in Glass Fiber Reinforced Laminated Composites", Nanotubes and Carbon Nanostructures, 25, pp. 559-562, (2017).
  17. Paul, D. R., and Robeson, L. M., "Polymer Nanotechnology: Nanocomposites". Polymer, Vol. 49 (15), pp. 3187-3204, (2008).
  18. Gojny, F. H., et al., "Influence of Nano-Modification on the Mechanical and Electrical Properties of Conventional Fibre-Reinforced Composites", Composites: part A, Vol. 36 (11), pp. 1525-1535, (2005).
  19. Wichmann, M. H. G., et al., "Glass-Fibre-Reinforced Composites with Enhanced Mechanical and Electrical Properties– Benefits and Limitation of a Nanoparticle Modified Matrix", Engineering Fracture Mechanics. 73 (16), pp. 2346-2359, (2006).
  20. Hoseini, S. A., Pol, M. H., "Investigation of the Tensile and the Flexural Properties of the Glass/Epoxy Composites Reinforced with Nanoclay Particles", Modares Mechanical Engineering (Persian), 14 (7), pp.103-108, (2014).
  21. Xu, Y., Van Hoa, S., "Mechanical Properties of Carbon Fiber Reinforced Epoxy/Clay Nanocomposites". Composites Science and Technology, Vol. 68, pp. 854-861, (2008).