Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Masoomi
محمود معصومی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Mohammadalipour
محمد محمدعلی پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
In this research, the synergistic effect of fiber and matrix modification on the mechanical properties and interfacial shear strength of UHMWPE/epoxy nanocomposite were investigated. Fibers have been modified by 5 wt.% Glycidyl methacrylate (GMA). In the mean time epoxy resin has been modified by differenet concentration (1,3,5% by weight of epoxy resin) of nanoclay cloisite 30B (C30B). Then success of the GMA grafting and C30B dispersing were proved with scanning electron microscopy (SEM), attenuated total reflectance infra-red (ATR-IR) and X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) respectively. Afterward, in order to investigate changes in the adhesion between the fiber and matrix, micro bond (Pull-out) test of the different samples were accomplished. Tensile and Flexural test on manufactured two-phase epoxy/C30B nanocomposites and three-phase UHMWPE fiber/epoxy/C30B nanocomposites were also carried out in order to investigate the effect of fiber and matrix modification on their mechanical properties. In the first step, the micro bond pullout-test results showed that the addition of 3 wt.% C30B in the epoxy resin, besides chemical grafting of the UHMWPE fiber, resulting an increment of IFSS as high as 228.8 % compared with the as-received fiber reinforced resin. Afterward, the macro step results showed that the maximum improvement of mechanical properties was detected for the samples in which the fiber and matrix were modified concurrently with 1 wt.% of C30B. Enhancement in the tensile modulus, flexural modulus, tensile strength and flexural strength were gained by 26.76 , 35.17 , 48.32 and 38.02 % respectively for 3phase nanocomposites. So the highest micro and macro properties were observed as the fiber and matrix were treated at the same time. In addition 2phase epoxy-C30B nanocomposites results showed that the failure strain decreased by more than 70% in, and SEM examination of tensile fracture surfaces revealed that fractures toughness were enhanced by adding nanoclay platelets. Furthermore microscopic results showed that the intercalated structure of epoxy/nanoclay composites, aggregates and trapped bubble or anyway incomplete degassing gave detrimental effect on the large number of nanocomposites properties
در این پروژه اثرات هم افزایی اصلاح الیاف و ماتریس بر روی خواص مکانیکی و چسبندگی بین سطحی نانوکامپوزیت متشکل از الیاف پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا و رزین اپوکسی در دو بخش میکرو و ماکرو موردبررسی قرار گرفت. در ابتدای کار الیاف پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا توسط منومر گلیسیدیل متاکریلات به میزان پنج درصد وزنی اصلاح شیمیایی سطح شد. جهت کسب اطمینان از فرآیند اصلاح و پیوندزنی منومر بر سطح لیف، آزمون طیف سنجی مادون‌قرمز تبدیل فوریه با بازتاب کلی تضعیف‌شده و تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفتند. با توجه به تغییرات سطح الیاف در تصاویر میکروسکوپی و همچنین بررسی پیک های آزمون طیف سنجی مادون‌قرمز تبدیل فوریه با بازتاب کلی تضعیف‌شده از اصلاح الیاف اطمینان حاصل شد. در همین راستا به‌موازات اصلاح الیاف، عملیات اصلاح رزین اپوکسی توسط مقادیر 1، 3 و 5 درصد وزنی از نانو رس‌ها نیز صورت گرفت. میزان پراکنش نانو ذرات توسط پیک های حاصل از آزمون پراش اشعه ایکس و برررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری بررسی شد. با کسب اطمینان از اصلاح الیاف و از سوی دیگر به دست آوردن پراکنش ایده آل نانو ذره، آماده سازی نانو کامپوزیت ها صورت گرفت. پس از تهیه نانو کامپوزیت های لیفی و غیر لیفی، در فاز نخست به‌منظور بررسی تغییرات چسبندگی بین سطحی، آزمون بیرون کشیدن لیف از قطره بر روی نمونه‌های مختلف انجام شد. پس از آن در فاز دوم جهت بررسی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت، در قالب آزمون های کشش و خمش، خواص نانو کامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت و پس از آن به تحلیل سطوح شکست پرداخته شد. سرانجام بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، برای نانوکامپوزیت های لیفی حاوی 3 درصد وزنی نانو رس، اصلاح هم افزای الیاف و ماتریس، قابلیت بهبود استحکام برشی بین سطحی را تا 8/228 درصد دارا بود. این در حالی است که اصلاح منفرد الیاف تا 08/142 درصد و اصلاح منفرد رزین توسط 3 درصد وزنی از نانو رس تنها در حدود 17/69 درصد بهبود را به ارمغان آورده بودند. از طرف دیگر طبق مشاهدات و نتایج به دست آمده در فاز دوم، رفتار کاهشی کرنش شکست تا بیش از 70 درصد در نانوکامپوزیت های دو جزئی اپوکسی-نانو رس، و رفتار افزایشی چقرمگی شکست تا رسیدن به درصد بهینه نانو افزودنی، مشاهده شد. علاوه بر موارد ذکر شده، با به دست آوردن بهینه مقدار نانو افزودنی، بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت از قبیل مدول کششی و خمشی به ترتیب تا 76/26 و 17/35 درصد، استحکام کششی و خمشی به ترتیب تا 32/48 و 02/38 درصد، برای نانوکامپوزیت لیفی حاوی یک درصد وزنی از نانو رس مشاهده شد. در حالی که اصلاح منفرد الیاف استحکام کششی و خمشی را به ترتیب تا 74/36 و 98/14 درصد و مدول کششی و خمشی را نیز نهایتا در حدود 28/14 و 2/11 درصد بهبود بخشیده بود. اصلاح منفرد رزین نیز در بیش ترین حالت استحکام را به میزان 54/10 و 76/11 درصد، به ترتیب در راستای کشش و خمش بهبود بخشیده بود. بر این اساس طبق نتایج ذکر شده، اثر هم افزای اصلاح ماتریس و الیاف به مراتب چشم گیر تر و بیش تر از اصلاح منفرد رزین یا الیاف گزارش شد. در بخش آخر تأثیر پراکنش نانو افزودنی و گازگیری مناسب نیز بر افت خواص نانوکامپوزیت با بررسی نتایج و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. واژه های کلیدی: پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا، گلیسیدیل متاکریلات، رزین اپوکسی، نانو رس، استحکام برشی بین سطحی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی