Skip to main content
SUPERVISOR
Saied Nouri-Khorasani,Sedigheh Borhani
سعید نوری خراسانی (استاد راهنما) صدیقه برهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Sharifi
علی شریفی تشنیزی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Investigation the effect of adding polyacrylonitrile nanofiber layer reinforced with alumina (Al2O3) nanoparticles on the tensile and flexural properties of epoxy/carbon composite
: Composites made of polymer resins reinforced high performance fiber, such as carbon fiber, are widely used in various industries, including aerospace industry, due to their special properties such as strength and high modulus and low weight. One of the problems of these composites is the weakness of the interlayer properties due to the poor mechanical properties of polymer resin. To overcome this problem, additional factors such as nano materials are added to the polymer resin. New way to improve interlaminar properties is electrospinning of nanofibers on the reinforcing fibers directly. In this study, the effect of adding nanofiber layers polyacrylonitrile and polyacrylonitrile reinforced with alumina nanoparticles on the tensile and flexural properties of epoxy/carbon composite was investigated. Alumina nanoparticles were used to strengthen the mechanical properties of polyacrylonitrile nanofibers. As alumina nanoparticles were added to polyacrylonitrile nanofibres in various weight percentages and nanofibres were produced by the electrospinning process. Mechanical properties and morphology of nanofiber were studied by tensile and scanning electron microscopy test. The results showed that the addition of alumina nanoparticles up to 2 wt% increased the tensile strength and then reduced the properties of nanofiber due to the accumulation of nanoparticles. The accumulation of nanoparticles was observed in scanning electron microscopy images. The best result was obtained in 1% wt of alumina nanoparticles, which increased the tensile strength of nanofibers by 31.32%. Also, the addition of alumina nanoparticles increases the diameter of polyacrylonitrile nanofibres by increasing the viscosity of an electrospinning solution. The diameter of polyacrylonitrile nanofibers increased by adding 1 wt% of alumina nanoparticles from 219 to 237 nm, and the viscosity of electrospinnig solution increased by 7.4%. Subsequently, poly acrylonitrile and polyacrylonitrile/Alumina nanofibers were electrospinning directly on carbon fiber and their effect on the tensile and flexural properties of the composite was investigated. The results showed that the addition of polyacrylonitrile nanofibers layer in the between composite layers increased 14.5% and 12.14%, respectively, in the tensile and flexural strength compared the control composite. Also, the addition of polyacrylonitrile/Alumina nanofibers layer increased the tensile and flexural strength of the composite by 19.47% and 20.07%, respectively, compared to the control composite. The results of the fracture surface of the composites studied by the scanning electron microscope showed that the composites containing nanofibers had a roughness fracture surface. Keywords: Composites, electrospinning, polyacrylonitrile nanofibres, alumina nanoparticle
کامپوزیت های ساخته شده از رزین های پلیمری تقویت شده با الیاف با کارایی بالا نظیر الیاف کربن به علت خواص ویژه مانند استحکام و مدول بالا و وزن کم، در صنایع مختلف از جمله صنایع هوایی کاربرد گسترده ای دارند. یکی از مشکلات این کامپوزیت ها ضعیف بودن خواص بین لایه ای به دلیل ضعیف بودن خواص مکانیکی رزین پلیمری است. برای غلبه بر این مشکل، عوامل تقویت اضافی نظیر نانومواد به رزین پلیمری اضافه می شود. راهکار جدید برای بهبود خواص بین لایه ای الکتروریسی مستقیم نانوالیاف الکتروریسی شده بر روی الیاف تقویت کننده است. در این پژوهش اثر افزودن لایه نانوالیاف پلی (اکریلونیتریل) و پلی (اکریلونیتریل) تقویت شده توسط نانوذرات آلومینا بر روی خواص کششی و خمشی کامپوزیت اپوکسی/کربن بررسی شد. برای تقویت خواص مکانیکی نانوالیاف پلی (اکریلونیتریل) از نانوذرات آلومینا استفاده شد. به این صورت که نانوذرات آلومینا در درصدهای وزنی مختلف به نانوالیاف پلی (اکریلونیتریل) اضافه و نانوالیاف توسط فرآیند الکتروریسی تولید شدند. خواص مکانیکی و مورفولوژی نانوالیاف توسط دستگاه های کشش و میکروسکوپ الکترون روبشی بررسی شد. نتایج نشان داد که افزودن نانوذرات آلومینا تا مقدار 2 درصد وزنی باعث افزایش استحکام کششی و پس از آن به دلیل تجمع نانوذرات باعث کاهش خواص نانوالیاف می شود. تجمع نانوذرات در تصاویر میکروسکوپ الکترون روبشی مشاهده شد. بهترین نتیجه در مقدار 1 درصد وزنی از نانوذرات آلومینا به دست آمد که باعث افزایش 32/31 درصد در استحکام کششی نانوالیاف می شود. همچنین افزودن نانوذرات آلومینا باعث افزایش قطر نانوالیاف پلی (اکریلونیتریل) به دلیل افزایش ویسکوزیته محلول الکتروریسی می شود. قطر نانوالیاف پلی (اکریلونیتریل) با افزودن 1 درصد وزنی از نانوذرات آلومینا از 219 به 237 نانومتر افزایش و ویسکوزیته محلول الکتروریسی با افزودن 1 درصد وزنی از نانوذرات آلومینا به مقدار 4/7 درصد افزایش می یابد. پس از آن نانوالیاف پلی (اکریلونیتریل) و پلی (اکریلونیتریل) تقویت شده توسط نانوذرات آلومینا به طور مستقیم بر روی پارچه کربن الکتروریسی شدند و اثر آنها بر روی خواص کششی و خمشی کامپوزیت بررسی شد. نتایج نشان داد که افزودن لایه نانوالیاف پلی (اکریلونیتریل) در بین لایه های کامپوزیت به ترتیب باعث افزایش 5/14 و 14/12 درصد در استحکام کششی و خمشی نسبت به کامپوزیت شاهد می شود. همچنین افزودن لایه نانوالیاف پلی (اکریلونیتریل) تقویت شده توسط نانوذرات آلومینا به ترتیب باعث افزایش استحکام کششی و خمشی کامپوزیت به اندازه 47/19 و 07/20 درصد نسبت به کامپوزیت شاهد می شود. نتایج سطح شکست کامپوزیت های بررسی شده توسط میکروسکوپ الکترون روبشی نشان داد که کامپوزیت های حاوی نانوالیاف دارای سطح شکست زبرتری هستند. کلمات کلیدی: کامپوزیت، الکتروریسی، نانوالیاف پلی (اکریلونیتریل)، نانوذرات آلومینا

ارتقاء امنیت وب با وف بومی