اثر نانوذرات گرافیت بر پایداری گرمایی و فداشوندگی نانوکامپوزیت‌های فنولی- الیاف کربن- گرافیت

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، گروه مهندسی پلیمر، صندوق پستی ۱۱۴-۱۴۱۱۵

چکیده

کامپوزیت­‌های فنولی تقویت شده با الیاف کوتاه، نمونه­‌ای از مواد پرکاربرد در حوزه­ فناوری­‌های دما زیادند که به ­عنوان سپر گرمایی در صنایع مختلف از جمله صنایع هوا­فضا کاربرد ویژه‌­ای دارند. در این پژوهش، کامپوزیت الیاف کوتاه کربن بر پایه رزین فنولی، نوع نووالاک مبنای کار قرار گرفت و تلاش شد تا ساختار ماتریس پلیمری برای بهبود خواص پایداری گرمایی و فداشوندگی با استفاده از نانوذرات گرافیت اصلاح شود. در این راستا برای دستیابی به خواص مدنظر، پارامتر­های پایداری گرمایی، فداشوندگی و نیز رفتار مکانیکی نانوکامپوزیت­‌های تهیه شده ارزیابی شد تا ترکیب درصد مناسب برای ساخت کامپوزیت و نانوکامپوزیت با قابلیت تحمل دما­های زیاد به­ دست آید. در تمام نمونه‌­ها، %۴۰ وزنی الیاف کوتاه کربن به­ کار گرفته شد. در نمونه‌­های نانو­کامپوزیت به ترتیب مقدار ۶، ۹ و %۱۲ وزنی نانو­گرافیت استفاده شد. برای بررسی چگونگی توزیع و شکل­‌شناسی لایه‌­های گرافیت از آزمون پراش پرتو X استفاده شد. نمونه‌­ها به قالب­‌گیری فشاری داغ تهیه شدند. آزمون­‌های گرماوزن­‌سنجی و شعله­ اکسی‌استیلن برای بررسی رفتار گرمایی و مقدار فداشوندگی نمونه‌­ها به‌­کار گرفته شدند. برای مطالعه­ خواص مکانیکی کامپوزیت­‌ها، از دو آزمون خمش سه‌­نقطه‌­ای و سایش مکانیکی استفاده شد. نتایج این مطالعه نشان داد، افزودن نانوذرات گرافیت ضمن بهبود پایداری گرمایی و کاهش سرعت تخریب، مقدار اتلاف وزن و سرعت فداشوندگی را نیز کاهش می­‌دهد. افزودن %۱۲ وزنی نانو­ذرات گرافیت، پایداری گرمایی و سرعت فداشوندگی در آزمون شعله­ اکسی‌استیلن را به ترتیب ۱۲ و ۱۹٪ بهبود می­‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effect of Graphite Nanoparticles on Thermal Stability and Ablation of Phenolic/Carbon Fiber/Graphite Nanocomposites

نویسندگان [English]

  • Reza Akhlaghi
  • Ahmad Reza Bahramian
  • Mehdi Razaghi Kashani
Polymer Engineering Department, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, P.O. Box: 14115-114, Tehran, Iran
چکیده [English]

Phenolic resin composites reinforced with short carbon fiber are one of the most usable materials in ultra-high-temperature applications such as thermal protective in aerospace industries. In this work, novolac type of phenolic resin matrix was modified with graphite nanoparticles to prepare multi-layered nanocomposites. The effect of graphite nanoparticles was studied on the thermal stability, ablation and mechanical properties of novolac/short carbon fiber composites to achieve nanocomposite with optimum properties for ultra-high-temperature applications. In order to evaluate thermal stability and ablation properties of composite and nanocomposites, a sample containing 40 wt% short carbon fiber was prepared as a reference and the structure of its polymeric matrix was modified with nanographite particles. The amounts of nanographite powders in nanocomposite samples were chosen as 6, 9 and 12 wt%. XRD Spectroscopy was used to study and investigate the dispersion of the graphite nanoparticles and morphology in the polymeric matrix. The compression molding under hot press method was used to fabricate the composite and nanocomposite specimens. Thermal properties of the nanocomposites were studied by TGA and oxy-acetylene flame test. Three-point bending and wear tests were performed to measure the mechanical and wear properties of the nanocomposites. The obtained results showed that the addition of nanographite improved the thermal stability, decreased the rate of degradation and at the same time decreased the weight loss and ablation rate of the nanocomposites. Addition of 12 wt% nanographite particles increased thermal stability by about 12% compared to the reference sample. Moreover in nanocomposite with 12 wt% graphite, the rate of ablation decreased by more than 19% compared to the reference composite.

کلیدواژه‌ها [English]

  • novolac resin
  • thermal stability
  • ablation
  • Wear
  • flexural strength