بررسی رفتار شکست نانوکامپوزیت اپوکسی نانولوله کربنی دودیواره به کمک روش شبیه سازی دینامیک مولکولی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

چکیده

درا ین مطالعه، رفتار شکست نانوکامپوزیت های پایها پوکسی تقویت شده با نانولوله های کربنی دودیواره به روش دینام کی مولکولی بررسی شده است. برای آماده سازی مدل پلیمری، ساختار اتمی دقیق اپوکسی استفاده شده در مطالعات آزمایشگاهی و برای انجام شبیه سازی از پتانسیل های Tersoff  و Amber در توصیف رفتار نانولوله کربن و اپوکسی استفاده شد. از میان روش های موجود برای شبیه سازی فرایند ایجاد پیوند عرضی، روشی بهک ار گرفته شد که به شرایط واقعی نزد کیتر باشد. بدین منظور همچنان که سامانه به شکل دینام کیی شبیه سازی می شد، اگر اتم های مشخصی از مولکول مونومر یا سختک ننده در فاصله معینی از کیدیگر قرار می گرفتند، بین آنها پیوند ایجاد می شد. انجام این کار برای اپوکسی خالص و نانوکامپوزیت های مختلف جداگانه انجام شد. سپس، برای راست آزمایی مدل آماده شده شبیه سازی بیرونک شیدن نانولوله کربنی انجام شد و نتایج به دست آمده با نتایج ارائه شده توسط پژوهشگران پیشین مقایسه شد. همچنین، انرژی شکست اپوکسی خالص حاصل از شبیه سازی با آنچه در شرایط آزمایشگاهی به دست آمد، مقایسه شد و مطابقت خوبی حاصل شد. به منظور بررسی اثر ساختار نانوکامپوزیت بر انرژی شکست آن، نانولوله های کربنی در سه راستای مختلف صفر، 45 و 90 درجه مدل شد. نتایج نشان داد، زمانی که نانولوله های کربنی در زاویه 45 درجه قرار می گیرند، بیشترین مقدار انرژی شکست برای نانوکامپوزیت به دست می آید. تلاش شد تا این نتایج با معادله های ارائه شده برای کامپوزیت ها مقایسه شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Studies on Fracture Behavior of Epoxy/DWNT Nanocomposites by Molecular Dynamics Simulation

نویسندگان [English]

  • Shahin Shadlou
  • Majid Reza Ayatollahi
  • Mahmoud Mehrdad Shokrieh
چکیده [English]

The nanoscale fracture behavior of epoxy-based nanocomposites reinforced with double-walled carbon nanotube (DWNT) was investigated by molecular dynamics (MD) simulations technique. In order to prepare a nanocomposite model including polymer and DWNT, the exact atomic structure of epoxy was adopted as in previous experimental studies made by authors. Tersoff and Amber potential, which are well known potentials, were used for simulation of polymer and DWNT, respectively. Among different available methods to simulate the cross-linking process, a technique was adopted with closer similarity to what happens in real conditions. Therefore, when some especial atoms of monomer and hardener molecules were closer than a specific potential distance, the chemical bonds were created between them. To verify the prepared model, a pull-out simulation was carried out and the results were compared with those of previous studies. It was found that although a rather wide range for interface strength has been presented by different researchers and different techniques, the strength obtained in this study is in the middle of this range. In addition, the fracture energy obtained from the simulations for pure epoxy was compared with that of experimental results and good agreement was obtained. To evaluate the effect of nanocomposite structure at nanometer scale, DWNT was modeled in three different angles relative to the loading direction, including 0°, 45°and 90°. It was found that when DWNT is parallel with the loading direction (i.e. 90°) it has the least impact on the fracture energy. The maximum fracture energy was obtained when MWNT was at 45° relative to loading direction. These results were compared with the theories provided for conventional composites.

کلیدواژه‌ها [English]

  • molecular dynamics
  • carbon nanotubes
  • epoxy
  • fracture
  • Nanocomposite