Skip to main content
SUPERVISOR
Peiman Mosaddegh,Mahmoud Farzin,Mohammad Silani
پیمان مصدق (استاد راهنما) محمود فرزین (استاد مشاور) محمد سیلانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Omid Izadi
امید ایزدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Simulation and experimental study of mechanical behaviour of semi-composites fabricated by direct polymer to metal adhesion
In the recent years, use of composites has been developed to reduce the weight of the structure. One type of composites is hybrid of polymer-metal. This new material allows properties of both materials to be used in one piece simultaneously. In this research, reaction between isocyanate and hydroxyl groups was used for joining polyamide6 to stainless steel. The bond strength between metal and polymer is one of the most important features in polymer-metal hybrid. So, effect of parameters such as ratio between isocyanate and hydroxyl groups, polymer melt temperature and mold temperature on bond strength is investigated through single shear lap test. Moreover, tensile and bending test samples were fabricated based on maximum bond strength. The results show that bond strength decreases by increasing mold temperature or polymer melt temperature and reaches to a peak then lower by raising proportion of the isocyanate and hydroxyl groups. Furthermore, hybrid behavior in the tensile test shows that polymer postponed phenomenon of necking in metal. Created warpage in the hybrid specimen removed from the mold and also its behavior in three point bending test were simulated using Abaqus and Moldflow softwares. Flow analysis is carried out on the polymer layer in Moldflow, then to conduct the subsequent thermo-mechanical analysis of the residual-stress development and hybrid warping, the following results obtained using Moldflow were passed to Abaqus. The hybrid specimen is cooled to room temperature with viscoelastic properties and three point bending is carried out after considering warpage effect on the hybrid. Viscoelastic properties were obtained from stress relaxation tests and the contact between two layers of metal and polymer was defined as cohesive surface. The cohesive surface parameters are obtained from simulation and experimental test. The results illustrated that there is a good agreement between simulation and experimental warpage as well as between bending modulus obtained from experimental and simulation. Keywords: Polymer to metal adhesion, TDI, Polyol, Cohesive contact, Viscoelastic, injection molding
در سال های اخیر استفاده از کامپوزیت‌ها به منظور کاهش وزن سازه‌ها و قطعات مهندسی رایج شده است. یکی از انواع کامپوزیت‌ها، استفاده از هیبرید فلز و پلیمر در کنار یکدیگر است. این تکنولوژی این امکان را فراهم می‌آورد تا خواص هر دو جنس به‌طور همزمان در یک قطعه مورد استفاده قرار گیرد. یکی از چالش‌های این تکنولوژی در نحوه اتصال فلز به پلیمر می‌باشد بصورتی که روش اتصال دارای ویژگی‌هایی همچون قیمت کم، عدم ایجاد تنش‌های پسماند حرارتی و مکانیکی، عدم ایجاد تمرکز تنش در نمونه، یکنواختی اتصال و مناسب خط تولید باشد. در این تحقیق جهت اتصال پلی‌آمید6 به فولاد زنگ‌نزن از واکنش بین گروه‌های ایزوسیانات و گروه‌های هیدروکسیل استفاده شده است که ویژگی‌های گفته شده را دارا می‌باشد. یکی از مهم‌ترین ویژگی که در نمونه هیبرید فلز و پلیمری باید در نظر گرفته شود، حد استحکام اتصال بین فلز و پلیمر می‌باشد. به همین منظور تاثیر پارامترهایی همچون نسبت بین گروه‌های ایزوسیانات و هیدروکسیل، دمای قالب و دمای مذاب پلیمر بر استحکام اتصال طبق آزمون برشی لبه مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه نمونه‌های آزمون کشش و خمش براساس پارامترهایی که بیشینه استحکام اتصال را ایجاد می‌کنند، ساخته شدند و رفتار نمونه در آزمون کشش و خمش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که با افزایش دمای قالب و یا دمای مذاب پلیمری استحکام اتصال کاهش پیدا می‌کند و با افزایش نسبت بین گروه‌های ایزوسیانات و هیدروکسیل این استحکام تا نقطه‌ای افزایش و از آن به بعد کاهش پیدا می‌کند. همچنین با افزایش این نسبت رفتار اتصال از نرمی به سمت ترد شدن میل می‌کند. در رفتار نمونه هیبرید در آزمون کشش نیز مشاهده گردید که پلیمر باعث به تعویق افتادن پدیده گلویی‌شدن در فلز و درنتیجه افزایش شکل‌پذیری فلز شده است. میزان اعوجاج ایجاد شده در نمونه هیبرید هنگام خروج از قالب و رفتار آن در آزمون خمش سه‌نقطه‌ای نیز مورد شبیه‌سازی قرار گرفت. شبیه‌سازی توسط نرم‌افزار‌های آباکوس و مولدفلو صورت پذیرفت. بدین صورت که نمونه پلیمری در نرم‌افزار مولد فلو مورد تحلیل جریان قرار گرفت و سپس این نمونه به همراه تنش‌های ایجاد شده در آن وارد نرم‌افزار آباکوس شده و به فلز اتصال داده شد. در این نرم‌افزار نمونه تا دمای محیط با خواص ویسکوالاستیک سرد گردید و پس از ایجاد اعوجاج در آن مورد آزمون خمش سه‌نقطه‌ای قرار گرفت. خواص ویسکو‌الاستیک پلیمر توسط آزمون رهایی از تنش بدست آمد. تماس بین دو لایه فلز و پلیمر در نرم‌افزار آباکوس بصورت تماس چسبنده تعریف گردید که خواص این تماس نظیر سفتی، بیشینه استحکام بین ‌لایه‌ای و چقرمگی شکست برای هر سه مود اصلی شکست توسط آزمون تجربی و شبیه‌سازی محاسبه گردید. با مقایسه میزان اعوجاج نمونه تجربی با شبیه‌سازی خطای 5 درصد و با مقایسه مدول خمشی نمونه تجربی با شبیه‌سازی خطای 9 درصد قابل مشاهده می‌باشد. کلمات کلیدی: اتصال فلز به پلیمر، TDI، پلی‌اُل، تماس چسبنده، ویسکوالاستیک، تزریق پلاستیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی