SUPERVISOR
Saeed Ajeli,Seyedmadi Hejazi
سعید آجلی (استاد راهنما) سیدمهدی حجازی (استاد مشاور)
STUDENT
Rasool Aghajanian forooshani
رسول آقاجانیان فروشانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
Investigation into mechanical properties of glass/polypropylene composite reinforced using cubic braiding structure
In recent years, the use of thermoplastic resins rather than thermosetting resins, as part of matrix, in the composite is considered. The use of thermoplastic matrices, due to increased toughness in the composite, is highly regarded. Therm- oplastic matrices compared to thermoset matrices, have advantages such as the ability to recover after manufacturing, rapid manufacturing process, chemical resistance and suitable environment, reducing moisture absorption and reduce costs mainly for high productions. Among thermoplastic composites, glass/polypropylene thermoplastic composite, due to high breakage elongation, special strength and high hardness, suitable bearing pressure, short production time and easily produce unlimited reliability, recovers, light weight and economical, as high performance materials in various industries such as aero space, automotive, shipbuilding and etc are used. Among the various textiles used to reinforce polymer matrix composites, three dimensional braids, are only textiles which due to near net and three dime-nsional structure, lead to interlacing and fibers orientation, continuously and in different directions and develop mechanical properties of three dimensional braid in different directions. Also, three dimensional structure for three dimensional braids, lead to reduction the phenomenon of delamination in this composites. Due to Appropriate proper- ties of glass/polypropylene thermoplastic composites and three dimensional braids, was decided to product glass/poly- propylene three dimensional rectangular braided composite and investigate effect of Structural parameters of three dimensional rectangular braid, including kind of distribution glass fibers in cross-section braid, braiding angle and the number of glass fibers in braid structure, on bending, tensile and impact properties. Also, was produced three dimen- sional rectangular braid by using glass/polypropylene commingled yarn to evaluate effect of commingled yarn on the mechanical properties of braided composite.Results of this work Specified which kind of distribution glass fibers in cross-section braid and braiding angle have a significant effect on tensile strength, elastic modulus, bending strength and bending modulus of braided composite, but not have significant effect on strain tensile and strain bending of braided composite. Also, increase the number of glass fibers in braid structure have a significant effect on bending strength and bending modulus of braided composite. Generally, results showed that increase tensile strength, elastic modulus, bending strength and bending modulus of braided composite by reduction of braiding angle. The increased bending strength and bending modulus of braided composite by increasing the number of glass fibers in braid structure. Using of glass/polypropylene commingled yarn caused a sharp decline in composite porosity and significan- tly increased bending strength of braided composite. Also, results showed that can achieve to good mechanical properties with selection a appropriate braiding angle and without increasing the number glass fibers in braid structure. Keywords: glass/polypropylene Thermoplastic composites, three dimensional braids, bending properties, tensile properties, impact properties.
در سالهای اخیر، استفاده از رزینهای ترموپلاستیک به جای رزینهای ترموست، به عنوان جزء ماتریس، در کامپوزیتها مورد توجه قرار گرفته است. استفاده از ماتریسهای ترموپلاستیک، به دلیل افزایش چقرمگی در کامپوزیت، به شدت موردتوجه قرار گرفته است. ماتریسهای ترموپلاستیک نسبت به ماتریسهای ترموست، مزیتهایی از قبیل قابلیت بازیابی پس از تولید، فرآیند تولیدسریع، مقاومت شیمیایی و محیطی مناسب، کاهش جذب رطوبت وعمدتا کاهش هزینه برای تولیدهای بالا را دارا میباشند. در بین کامپوزیتهای ترموپلاستیک، کامپوزیتهای ترموپلاستیک شیشه/پلیپروپیلن، به دلیل ازدیاد طول پارگی بالا، استحکام مخصوص و سختی بالا، تحمل فشار مناسب، زمان تولید کوتاه و راحتی تولید، پایایی نامحدود، قابلیت بازیابی، سبک بودن و اقتصادی بودن، به عنوان مواد با کارایی بالا، در صنایع مختلف از قبیل هوافضا، خودروسازی، کشتی سازی و غیره استفاده میشوند. در بین منسوجات مختلفی که برای تقویت کامپوزیتهای ماتریس پلیمری استفاده میشوند، بریدهای سه بعدی، تنها منسوجاتی هستند که به دلیل ساختار شبه شبکهای و سه بعدی خود، باعث بافت رفتگی و آرایش الیاف به صورت پیوسته و در جهتهای مختلف شده و تقویت خواص مکانیکی منسوج برید را در جهات گوناگون به ارمغان میآورند. همچنین، ساختار سه بعدی این منسوجات، باعث شده که پدیدهی لایه لایه شدن که در اثر اعمال نیرو در اکثر کامپوزیتهای الیافی صورت میگیرد، در کامپوزیت حاصل از این منسوجات، به شدت کاهش یابد. با توجه به خواص مناسب کامپوزیتهای ترموپلاستیک شیشه/پلیپروپیلن و منسوجات برید سه بعدی، تصمیم گرفته شد تا امکان تولید کامپوزیت شیشه/پلیپروپیلن حاصل از برید سه بعدی مکعبی، بررسی شده و تاثیر پارامترهای ساختاری بریدهای سه بعدی مکعبی، شامل نحوهی توزیع الیاف شیشه در سطح مقطع برید، زاویهی آرایش الیاف شیشه در منسوج برید(زاویهی برید) و نیز تعداد الیاف شیشهی شرکت کننده در بافت برید سه بعدی مکعبی بر خواص خمشی، کششی و ضربهای کامپوزیت برید سه بعدی مکعبی شیشه/پلیپروپیلن بررسی شود. همچنین برای بررسی تاثیر استفاده از نخ کومینگل بر خواص مکانیکی کامپوزیت برید، برید مکعبی با نخ کومینگل شیشه/پلیپروپیلن تولید گشت. نتایج حاصل از آزمایشهای انجام شده بر روی کامپوزیت برید مکعبی شیشه/پلیپروپیلن مشخص کرد که نحوه توزیع الیاف شیشه در منسوج برید مکعبی و زاویهی برید، تاثیر معناداری روی استحکام کششی، مدول الاستیک، استحکام خمشی و مدول خمشی کامپوزیت میگذارد ولی تاثیر معناداری روی کرنش کششی و خمشی کامپوزیت برید نگذاشته است. همچنین، افزایش تعداد الیاف شیشهی شرکت کننده در بافت برید، تاثیر معناداری روی استحکام خمشی و مدول خمشی کامپوزیت برید تولید شده گذاشت. به طور کلی، نتایج بهدست آمده، نشان داد که با کاهش زاویهی برید، استحکام کششی، مدول الاستیک، استحکام خمشی و مدول خمشی کامپوزیت برید افزایش مییابد. با افزایش تعداد الیاف شیشهی شرکت کننده در بافت برید و یا به عبارتی با پیشرفتن به سمت کامل شدن ساختار بافت برید سه بعدی مکعبی، استحکام خمشی و مدول خمشی کامپوزیت برید مکعبی شیشه/پلیپروپیلن افزایش پیدا کرد. استفاده از نخ کومینگل شیشه/پلیپروپیلن باعث کاهش شدید حجم حباب ایجاد شده در کامپوزیت برید گردید و استحکام خمشی آن را به طور قابل توجهی افزایش داد. همچنین، نتایج نشان داد که با انتخاب یک زاویهی برید مناسب و بدون افزایش تعداد الیاف شیشهی شرکت کننده در بافت برید مکعبی، میتوان به خواص مکانیکی خوبی در راستای محور طولی کامپوزیت برید دست یافت. کلمات کلیدی: کامپوزیتهای ترموپلاسیتک شیشه/پلیپروپیلن، منسوجات برید سه بعدی، خواص خمشی، خواص کششی، خواص ضربهای.