Skip to main content
SUPERVISOR
Roohollah Bagheri,Mahmood Masoomi
روح اله باقری (استاد مشاور) محمود معصومی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mojtaba Ahmadi
مجتبی احمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
In this study, the effect of epoxy matrix modification with different CNFs loadings consisting of 0.5, 1.0 and 1.5 wt. % on the mechanical properties and interfacial shear strength (IFSS) of epoxy/ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fiber composites was investigated. In this study, UHMWPE fiber surface was treated with GMA as much as 5%. Then, the success of the grafting was proved with attenuated total reflectance-infra red (ATR-IR). As the fiber was treated, the effect of surface treatment on morphology, roughness and mechanical properties of UHMWPE fiber was evaluated by scanning electron microscopy, atomic force microscopy and tensile tests, respectively. Along with modifying fibers, epoxy resin was modified with carbon nanofibers and dispersion of carbon nanofibers in the resin was investigated by optical microscopy. Afterwards, in order to investigate changes in surface wetting and adhesion between the fiber and matrix, micro bond (Pull-out) test and contact angle measurement of the different samples were accomplished. Tensile and Flexural test on manufactured two-phase UHMWPE fiber/epoxy composites and three-phase UHMWPE fiber/epoxy/ carbon nanofibers nanocomposites were also carried out in order to investigate the effect of fiber and matrix modification on their mechanical properties. At last, the tensile fracture surfaces of composites and nanocomposites were studied by scanning electron microscopy. The results showed that the chemical process of grafting glycidyl methacrylate on UHMWPE fiber surface increased the fiber surface roughness and decrease in filament strength was observed. Microbond test results revealed that the simultaneous modification of fiber surface with 5 wt. % of GMA monomer and matrix with 0.5 wt. % of carbon nanofibers was considered as the maximum amount of improvement as much as 319 percent. By comparing microbond and contact angle results, synergistic effect of fiber treatment and matrix modification on improving interfacial adhesion was proved and the highest IFSS and lowest contact angle were observed as the fiber and matrix were treated at the same time. Mechanical test results showed that the maximum improvement of mechanical properties was detected for the samples in which the fiber and matrix were modified concurrently. By comparing test results of mechanical properties, it was predicted that the fiber treatment had a good control on tensile properties and the matrix modification had a great influence on the flexural properties. According to the mechanical test results, the maximum improvement in tensile and flexural modulus for nanocomposites containing 1.5 wt. % carbon nanofibers were 27.9 and 40.6 %, respectively. On the other hand, the maximum improvements of the order 52.3 and 69% for tensile and flexural strength of samples containing 1 wt. % carbon nanofibers were observed. Furthermore, microscopic examination of tensile fracture surfaces revealed that fracture mechanism in unmodified composites turned to a brittle fracture state in three-phase by applying synchronized modifications on fiber and epoxy resin. Key words: UHMWPE fiber, epoxy resin, glycidyl methacrylate, carbon nanofibers, interfacial shear strength, mechanical properties
در این پژوهش تاثیر اصلاح ماتریس اپوکسی با درصدهای مختلف نانو الیاف کربن شامل سه درصد وزنی 5/0، 1 و 5/1 بر خواص مکانیکی و چسبندگی بین سطحی الیاف پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا و رزین اپوکسی مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق سطح الیاف با مونومر گلیسیدیل متاکریلات به میزان 5 درصد وزنی اصلاح شد. سپس،آزمون طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه با بازتاب کلی تضعیف شده نیز به منظور تایید صحت فرآیند پیوندزنی انجام شد. در راستای اصلاح الیاف، اثر اصلاح شیمیایی سطح الیاف به ترتیب بر مورفولوژی، زبری و خواص مکانیکی الیاف توسط میکروسکوپ الکترون روبشی، میکروسکوپ نیروی اتمی و آزمون کشش مورد ارزیابی قرار گرفت. همزمان با اصلاح الیاف، رزین اپوکسی با نانو الیاف کربن اصلاح شد و میزان پراکنش نانو الیاف کربن در رزین توسط میکروسکوپ نوری بررسی شد. پس از آن، به منظور بررسی تغییرات چسبندگی بین سطحی و خیس شوندگی در اثر اصلاح الیاف و ماتریس، آزمون بیرون کشیدن لیف از قطره و محاسبه ی زاویه تماس بر روی نمونه های مختلف انجام گرفت. همچنین به منظور بررسی اثر فرآیند اصلاح الیاف و ماتریس بر خواص کامپوزیت ها و نانو کامپوزیت ها، نمونه های کامپوزیتی دو جزئی الیاف/اپوکسی و نانو کامپوزیت سه جزئی الیاف/ اپوکسی/ نانو الیاف کربن تهیه و آزمون های کشش و خمش بر روی آن ها انجام شد. در انتها سطوح شکست کششی کامپوزیت ها و نانو کامپوزیت ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که در اثر فرآیند پیوند زنی مونومر بر سطح الیاف، زبری سطح الیاف افزایش یافته و کاهش در میزان استحکام لیف مشاهده شد. در آزمون بیرون کشیدن لیف از قطره، بهبود در استحکام برشی بین سطحی ماتریس و لیف، در اثر اصلاح همزمان سطحی لیف با 5 درصد وزنی مونومر گلیسیدیل متاکریلات و اصلاح ماتریس با 5/0 درصد وزنی نانو الیاف کربن به میزان 319 درصد به عنوان حداکثر میزان در نظر گرفته شد. همچنین با مقایسه نتایج حاصل از این آزمون و آزمون زاویه تماس، اثر هم افزایی اصلاح الیاف و ماتریس بر بهبود چسبندگی اثبات شد و حداکثر میزان بهبود در استحکام برشی فصل مشترک و حداقل میزان در زاویه تماس برای نمونه هایی مشاهده شد که الیاف و ماتریس به صورت همزمان اصلاح شدند. نتایج آزمون مکانیکی نیز نشان داد که در نمونه هاییکه اصلاح همزمان ماتریس و الیاف صورت گرفته ، بهبود در خواص مکانیکی بیشترین مقدار بود. با مقایسه نتایج آزمون خواص مکانیکی، مشاهده شدکه اصلاح لیف تاثیر بیشتری در خواص کششی و اصلاح ماتریس تاثیر بیشتری در خواص خمشی را از خود نشان دادند. با توجه به نتایج آزمون خواص مکانیکی، حداکثر بهبود مدول کششی و خمشی برای نانوکامپوزیت حاوی 5/1 درصد وزنی نانو الیاف کربن به ترتیب 9/27 و 6/40 درصد بود. از طرفی دیگر حداکثر بهبود به ترتیب 3/52 و 69 برای استحکام کششی و خمشی نمونه حاوی 1 درصد وزنی نانو الیاف کربن مشاهده شده است. ضمناً، با بررسی میکروسکوپی سطوح شکست نمونه ها در آزمون کشش، مشاهده شد که اصلاح همزمان ماتریس و الیاف باعث می شود که مکانیزم شکست نمونه hy; سه جزئی به سمت شکست ترد و شکننده متمایل گردد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی