Skip to main content
SUPERVISOR
Roohollah Bagheri,TAYEBEH BEHZAD
روح اله باقری (استاد راهنما) طیبه بهزاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zeynab Harandizadeh
زینب هرندی زاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Investigation of the Synergistic Effect of Cellulose Nanofibers Film and Nanoclay Particles on Mechanical and Thermal Properties of Epoxy Resin
Cellulose nanofibers film, have recently attracted considerable attention owing to their outstanding strength, high traarency, and good barrier properties, resulting in a wide range of applications such as biocomposites and packaging. In this work, Cellulose nanofibers film with the thickness of 10-14 microns were prepared from cellulose nanofibers suspension and glycerol as the plasticizer by solvent casting and vacuum filtration methods. The evaluation of the light traarency showed that the addition of glycerol up to 0.1 wt.% slightly affects the traarency of the Cellulose nanofibers film. Also, the water vapor permeability test has revealed that the presence of glycerol increases the water absorption of the film. The X-ray diffraction (XRD) patterns showed that the preparation methods have no considerable effect on the Cellulose nanofibers film crystallinity. However, the results of the atomic force microscopy (AFM) analysis revealed that the Cellulose nanofibers film prepared by vacuum filtration method have a rougher surface than the films prepared by the other method, which further confirmed by static contact angle studies. The mechanical properties of the Cellulose nanofibers film were evaluated using tensile test. The results indicated that the Cellulose nanofibers film have the tensile strength and modulus of 86.65 MPa and 10.6 GPa, respectively. The vacuum filtrated Cellulose nanofibers film were used as the reinforcement layers to prepare the epoxy laminated composites, and the mechanical properties of the single-layer and bi-layer composites were characterized and compared. The results showed that the addition of two Cellulose nanofibers film layer significantly improved the mechanical properties of the matrix and the strength and elongation were increased about 213% and 134.5% in comparison with the single layer composite. Furthermore, the Cellulose nanofibers film addition increased the impact resistance of the epoxy matrix by 58.88%. Then, the clay nanoparticles, closite 30B, were added to the matrix (0.5-3 wt.%) and the properties of two- Cellulose nanofibers film - layer laminated composites were characterized by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and thermogravimetric analysis(TGA). The XRD patterns were used to study the distribution of clay nanoparticles in epoxy resin .Also, in order to investigate the effect of clay nanoparticles on the mechanical properties of the laminated composites, the impact strength and tensile tests were conducted. The results showed that the incorporation of 2wt.% closite 30B have a significant effect on the mechanical properties of the laminated composites and the tensile and flexural strength and modulus and impact strength of the samples increased by 116.5 MPa,87.2 MPa,4.8 GPa,5.2 GPa and 243.3 kJ/m2 ,respectively.
اخیرا فیلم‌های نانوالیاف سلولزی بدلیل ویژگی‌های برجسته‌ای مانند استحکام بالا، شفافیت زیاد و ممانعت خوب در برابر نفوذپذیری در اکثر زمینه‌های کاربردی مانند بیوکامپوزیت‌ها و بسته بندی توجه زیادی را به خود جلب نموده است. در پژوهش حاضر فیلم نانوالیاف سلولزی با ضخامت 14-10 میکرون از سوسپانسیون نانوالیاف سلولزی و گلیسرول به عنوان نرم کننده به روش قالب‌گیری محلولی و فیلتراسیون خلأ تهیه شد. بررسی میزان شفافیت نشان داد که افزودن گلیسرول تا 1/0 درصد وزنی تاثیر اندکی برکاهش میزان شفافیت فیلم نانوالیاف سلولزی دارد. هم چنین آزمون نفوذپذیری بخارآب نشان داد که حضور گلیسرول میزان جذب آب را افزایش می‌دهد. طیف پراش اشعه ایکس (XRD) نشان داد که روش تهیه تاثیر قابل توجهی بر میزان بلورینگی فیلم ندارد. با این حال نتایج آزمون میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) نشان داد که فیلم نانوالیاف سلولزی تهیه شده به روش فیلتراسیون خلأ نسبت به روش‌های دیگر سطح زبرتری دارد که این مشاهدات با بررسی زاویه تماس استاتیک تایید گردید. خواص مکانیکی فیلم با آزمون کشش مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که فیلم‌ها دارای استحکام و مدول کششی برابر با 65/86 مگا پاسکال و 6/10 گیگا پاسکال می‌باشد. از فیلم نانوالیاف سلولزی تهیه شده به روش فیلتراسیون خلأ به عنوان لایه تقویت کننده در کامپوزیت لایه‌ای اپوکسی استفاده شد و خواص مکانیکی کامپوزیت‌های تک لایه و دو لایه با هم مقایسه گردید. نتایج نشان داد که افزودن فیلم نانوالیاف سلولزی به صورت دو لایه به طور قابل ملاحظه‌ای خواص مکانیکی ماده زمینه را بهبود می‌بخشد و استحکام کششی و ازدیاد طول تا 213 و 5/134 درصد افزایش می‌یابد. سپس نانوذرات کلوزیت B30 (3-5/0 درصد وزنی) به زمینه اضافه شد و خواص کامپوزیت لایه‌ای اپوکسی تقویت شده با فیلم نانوالیاف سلولزی به صورت دو لایه با آزمون‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) و گرما وزن سنجی (TGA) بررسی شد. جهت بررسی توزیع نانوذرات رس در زمینه رزین اپوکسی از آزمون XRD استفاده شد. هم چنین به منظور بررسی اثر نانو ذرات بر خواص مکانیکی کامپوزیت لایه‌ای آزمون ضربه و کشش و خمش انجام شد. نتایج نشان داد که افزودن 2 درصد وزنی نانورس کلوزیت B30 تاثیر چشم‌گیری بر خواص مکانیکی کامپوزیت لایه‌ای می‌گذارد و استحکام کششی، خمشی، مدول کششی، خمشی و استحکام ضربه به ترتیب تا 5/116 مگا پاسکال، 2/87 مگا پاسکال، 8/4 گیگا پاسکال، 2/5 گیگا پاسکال و 3/243 کیلوژول بر مترمربع افزایش یافت. کلمات کلیدی : فیلم نانوالیاف سلولزی، کامپوزیت لایه‌ای اپوکسی، فیلتراسیون خلأ، نانو رس

ارتقاء امنیت وب با وف بومی