ساخت و بررسی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت هیبریدی شیشه-اپوکسی تقویت شده با نانوذرات تیتانیم اکسید

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه صنعتی امیرکیبر، دانشکده مهندسی مکانیک، صندوق پستی 4311-159163

چکیده

در این پژوهش، خواص مکانیکی نمونه­‌های اپوکسی و کامپوزیت شیشه-اپوکسی حاوی درصدهای مختلف نانوذرات تیتانیم اکسید با آزمون­‌های کشش و خمش سه ­نقطه­‌ای، بررسی دقیق شده است. نتایج آزمون­‌های کشش، برای نمونه‌­های اپوکسی حاوی نانوذرات نشان داد، با اضافه‌­شدن نانوذرات به زمینه، استحکام و مدول یانگ به مقدار محدود افزایش یافته اما کرنش در نقطه استحکام نهایی و کرنش شکست نمونه­‌ها، کاهش یافته است. همچنین، نمونه­‌های نانوکامپوزیت هیبریدی شامل چهارلایه پارچه شیشه E-glass و زمینه اپوکسی حاوی نانوذرات، در دو جهت اصلی و °45 در حالت کشش و خمش بررسی شدند. نتایج آزمون‌‌­ها حاکی از بهبود زیاد خواص مکانیکی شامل استحکام و مدول یانگ در حالت خمشی و کششی است. خواص نمونه دارای %1 نانوذرات نیز بهتر از سایر نمونه‌­ها بوده و استحکام کششی آن %25/9 برای نمونه در راستای اصلی و %17/9 برای نمونه °45، افزایش یافته است. مدول یانگ در حالت کششی نمونه دارای %1 حجمی نانوذرات نیز افزایش %14/4 را برای نمونه در راستای اصلی و %17/5 را برای نمونه °45 نشان می‌­دهد. این افزایش فقط به دلیل بهبود محدود خواص مکانیکی زمینه کامپوزیت نیست و بررسی دقیق ریزساختار نانوکامپوزیت­‌های هیبریدی نشان می­‌دهد، با افزودن نانوذرات، چسبندگی بین الیاف و ماتریس و سطح تماس الیاف و زمینه، به­‌طور چشمگیر بهبود یافته است. همچنین، بررسی ناحیه شکست نمونه­‌های نانوکامپوزیتی هیبریدی نشان­‌دهنده کاهش مساحت ناحیه تخریب با افزودن نانوذرات به زمینه بوده و رفتار تمام نمونه‌­های شامل نانوذرات، شکننده­‌تر از نمونه‌­های بدون نانوذرات است. در حالی که مقایسه مدول چقرمگی (مساحت زیر نمودار تنش-کرنش) حاکی از افزایش جذب انرژی در نمونه­‌های نانوکامپوزیتی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesis and Mechanical Properties Investigation of Nano TiO2/Glass/Epoxy Hybrid Nanocomposite

نویسندگان [English]

  • Hamid Reza Salehi
  • Manouchehr Salehi
Department of Mechanic Engineering, Amirkabir University of Technology, P.O. Box: 159163-4311, Tehran, Iran
چکیده [English]

Mechanical properties of epoxy and glass/epoxy filled with 0.25, 0.5 and 1 vol% of TiO2 nanoparticles have been studied using tensile and three-point bending tests. For the TiO2/epoxy nanocomposites, the results showed that the strength and stiffness were improved, though the strain at ultimate strength point and breaking strain decreased. Moreover, the hybrid nanocomposites composed of 4 layers of woven E-glass fabric and TiO2/epoxy matrix were fabricated and cut onaxis and 45° off-axis by water jet. The results of tensile and three-point bending tests indicated a remarkable improvement in the strength and stiffness that could not be related to the mechanical improvement of the matrix. The samples containing 1 vol% nano TiO2 were improved relative to samples without the nanoparticles. The tensile strength of the on-axis and off-axis samples containing 1 vol% TiO2 increased by about 25.9% and 17.9%, in the order given, compared to that of the glass/epoxy specimens. In three-point bending test, the strength of the on-axis and off-axis specimens was improved 26% and 23.2%, respectively. In addition, the tensile stiffness of the onaxis and off-axis samples containing 1 vol% TiO2 increased, respectively, by about 14.4% and 17.5% compared to that of the glass/epoxy specimens. Also for the same on-axis and off-axis samples the three-point bending stiffness increased about 19.8% and 14.6%, respectively. The whole investigation on the microstructure of the hybrid nanocomposites illustrated that stronger interfaces between the fiber and TiO2/epoxy matrix were formed and improvement was noticed on mechanical properties of ternary composite compared to those of the fiber/epoxy composites. The analysis of damage zones of hybrid nanocomposites showed that the surface area of the damaged zone declined considerably due to the brittle behavior of TiO2-filled specimens but the area below the stress-strain curve, showing energy absorption during the test, increased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • hybrid nanocomposite
  • nanopolymer
  • glass/epoxy composite
  • fiber and matrix interface