اثر نانوسیلیکا بر خواص استحکام خمشی و پایداری گرمایی نانوکامپوزیت های الیاف شیشه-رزین فنولی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، پژوهشکده سامانه های حمل و نقل فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، صندوق پستی 754-13445

2 دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد دزفول، صندوق پستی 313

چکیده

کامپوزیت‌های ساخته شده از الیاف شیشه-رزین فنولی به­ طور مؤثر در ساخت سپرهای گرمایی به­ کار رفته در محفظه سوختن استفاده می‌شوند. برای بهبود عملکرد این نوع از سازه‌های کامپوزیتی، استفاده از نانوذرات سیلیکا (SiO2) از محتمل­ ترین نوع نانوذرات است. در پژوهش حاضر، اثر افزودن نانوسیلیکا بر خواص فداشوندگی کامپوزیت‌های فنولی- الیاف شیشه بررسی شد. کامپوزیت­ های فداشونده الیاف شیشه-رزین فنولی با افزودن مقادیر متفاوت از %1 تا %3 وزنی پرکننده نانوسیلیکا، که اندازه ذره آن‌ها حدود 45nm بود، با استفاده از پرس گرم ساخته شدند. خواص مکانیکی، گرمایی و فداشوندگی کامپوزیت‌های ساخته شده بررسی شد. خواص فداشوندگی کامپوزیت­ ها با آزمون اکسی استیلن بررسی و سرعت فرسایش سطح خطی و وزنی آن­ ها محاسبه شد. آزمون پایداری گرمایی کامپوزیت­ ها با گرماوزن­ سنجی در جو هوای خشک و از دمای محیط تا دمای 800 درجه سلسیوس انجام شد. سرعت گرمادهی آزمون 10C/min و وزن نمونه‌ها حدود 20mg بود. نتایج نشان داد، با افزودن نانوسیلیکا پایداری گرمایی نانوکامپوزیت‌ها افزایش می­ یابد، طوری ­که سرعت فرسایش خطی و وزنی نانوکامپوزیت دارای %3 وزنی نانوسیلیکا نسبت به نمونه بدون نانوسیلیکا به ترتیب 52 و %48 کاهش یافت. بررسی استحکام خمشی سه­ نقطه‌ای این کامپوزیت­ ها نشان داد، استحکام خمشی این سازه‌های کامپوزیتی  وقتی به حداکثر مقدار می­ رسد که مقدار  نانوسیلیکای به­ کار رفته در آن‌ها %2 باشد. مدول خمشی و استحکام نمونه‌های دارای %2 وزنی نانوسیلیکا  به ترتیب حدود 19 و %40  نسبت به کامپوزیت خالص افزایش یافته است. با وجود این، افزایش %3 وزنی نانوذرات موجب کاهش جزئی استحکام و مدول خمشی نسبت به نمونه دارای %2 وزنی نانوسیلیکا شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Nanosilica on Bending Strength and Thermal Stability of Glass Fiber/Phenolic Nanocomposite

نویسندگان [English]

  • Aidin Mirzapour 1
  • Bahram Pourhasan 2
  • Zahra Eslami 1
1 Space Transportation Research Institute, Iranian Space Research Center Institute, P.O Box: 13445-754, Tehran, Iran
2 Islamic Azad University, Dezfoul Branch, P.O. Box: 313, Dezfoul, Iran
چکیده [English]

Glass fiber/phenolic composites are effectively used as heat shields for fabrication of cooled combustion chambers. To improve the performance of these composites as well as to lower their costs, the use of nanosized silicon dioxide (SiO2) particles has been adopted. In this work, we investigated the effect of nanosilica on properties, heat stability and ablation properties of glass fiber/phenolic composites. Glass fiber/phenolic/nanosilica composites were made of 1, 2 and 3 wt% of well-dispersed silica nanoparticals in a phenolic resin. The average size of silica nanoparticals was 45 nm. These nanocomposites were prepared by hot-press process. Ablation properties of the composites were studied by oxy-acetylene torch environment and their mass and linear erosion rates were evaluated. The thermal stability of the produced composite structures was examined by means of thermal gravimetric analysis in air with dynamic scans at a heating rate of 10°C/min from room temperature to 800°C. Bulk samples, of about 20 ±1 mg each, were tested. The results indicated that nano-SiO2 increased the thermal stability of nanocomposites so that their linear and mass erosion rates after modifying with 3 wt% nanosilica dropped by 58% and 53%, respectively. The 3-point bending test results showed that bending strength and modulus of the as-received composites increased with percentage nanosilica added up to 2 wt%, beyond which they decreased. For the glass fiber/phenolic composites with 2 wt% nanosilica particles, embedded in the matrix, strength and modulus increased about 40% and 19%, respectively, in comparison to those for neat glass/phenolic composite.

کلیدواژه‌ها [English]

  • nanosilica
  • glass fiber composite
  • bending strength
  • thermal stability
  • erosion rate