بررسی تجربی تأثیر روش اختلاط نانورس بر خواص مکانیکی کامپوزیت‌های پلیمری و چندلایه‌های الیافی فلزی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک،پردیس دانشگاهی دانشگاه گیلان، رشت

2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت

3 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت

چکیده

در این مقاله، تأثیر انواع فرآیندهای اختلاط نانورس بر خواص مکانیکی کامپوزیت‌های الیاف شیشه/اپوکسی و چندلایه‌های الیافی فلزی مورد بررسی قرارگرفته است. به این منظور، نانورس تحت فرآیندهای اختلاط توسط همزن مکانیکی، هموژنایزر مکانیکی سرعت‌بالا و هموژنایزر مافوق صوت به رزین اپوکسی خالص افزوده شد. سپس چندلایه‌های الیافی فلزی و شیشه/اپوکسی با استفاده از رزین خالص و بهبودیافته با نانورس تولید شدند. به‌منظور دستیابی به کیفیت مناسب در ساخت ورق‌های چندلایه، از عملیات مکش خلأ و بازپخت در اتوکلاو تحت فشار و دمای معین استفاده شد. تأثیر دو پارامتر درصد نانورس و فرآیند اختلاط بر خواص مکانیکی نمونه‌ها در سطوح مختلف با بهره‌گیری از طراحی آزمایش‌ها به روش تاگوچی مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده مشخص شد که افزودن نانورس در درصدهای پایین‌تر نقش مؤثرتری در افزایش استحکام خمشی نمونه‌ها دارد. درحالی‌که با افزودن مقادیر نانورس، در هر دو نوع ماده، مدول خمشی روند افزایشی نشان می‌دهد. همچنین بررسی‌ نتایج آنالیز سیگنال به نویز نشان داد که در تعیین خواص مکانیکی هر دو نوع ماده حاوی نانورس، نقش فرآیند اختلاط مؤثرتر از مقدار نانوذرات است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Mouritz AP, Gellert E, Burchill P, Challis K (2001) Review of advanced composite structures for naval ships and submarines. Compos Struct 53(1): 21-42.

[2]  Chung K, Seferis JC, Nam JD (2000) Investigation of thermal degradation behavior of polymeric composites: prediction of thermal cycling effect from isothermal data. Compos Part A-Appl S 31(9): 945-957.

[3]  Miyano Y, Nakada M, Ichimura j, Hayakawa E (2008) Accelerated testing for long-term strength of innovative CFRP laminates for marine use. Compos Part B-Eng 39(1): 5-12.

[4]  Poodts E, Ghelli D, Brugo T, Panciroli R, Minak G (2015) Experimental characterization of a fiber metal laminate for underwater applications. Compos Struct 129: 36-46.

[5] Nanni A (1993) Fiber-Reinforced-Plastic (FRP) Reinforcement for Concrete Structures: Properties and Applications, Developments in Civil Engineering. E Science 42:450.

[6] Curtis PT, More BB (1983) The effects of environmental exposure on the fatigue behavior of CFRP laminates. Composites, 14(3): 1015-1022.

[7] Takafumi K, Pearson RA (2004) The moisture effect on the fatigue crack of glass particle and fibre reinforced epoxies with strong and weak bending conditions, Part 2. A microscopic study on toughening mechanism. Compos Sci Technol, 64: 1991-2007.

[8] Vogelesang LB, Vlot A (2000) Development of fibre metal laminates for advanced aerospace structures. J of Mater Processing Technol 103:1-5.

[9] Young JB, Landry JGN, Cavoulacos VN (1994) Crack growth and residual strength characteristics of two grades of glass-reinforced aluminum GLARE. Compos Struct 27: 457-469.

[10] Asundi A, Choi AYN (1997) Fiber metal laminates: an advanced material for future aircraft. J Mater Processing Technol 63: 384-394.

[11] Vasek A, Polak J, Kozak V (1997) Fatigue crack initiation in fibre–metal laminate GLARE-2. Mat Sci Eng, 234(236): 621-624.

[12] Sinke J (2006) Development of fibre metal laminates: concurrent multi-scale modeling and testing. J Mater Sci, 41: 6777-6788.

[13] Kawai M, Arai Y (2009) Off-axis notched strength of fiber–metal laminates and a formula for predicting anisotropic size effect. Compos Part A-Appl S 40: 1900-1910.

[14] Alderliesten RC, Hagenbeek M, Homan JJ, Hooijmeijer PA, De Vries TJ, Vermeeren CAJR (2003) Fatigue and Damage Tolerance of Glare. Appl Compos Mater 10: 223-242.

[15] Yeh JR (1995) Fatigue crack growth in fiber-metal laminates. Int J Solids Struct 32(14): 2063-2075.

[16] Guo YJ, Wu XR (1998) A theoretical model for predicting fatigue crack growth rates in fibre-reinforced metal laminates. Fatigue Fract Eng M 21: 1133-1145.

[17] Guuik JW, Vlot A, Vries TJD, Hoeven WVD (2002) GLARE technology development. Appl Compos Mater 9: 201-219.

[18] Alawsi G, Aldajah S, Rahmaan SA (2009) Impact of humidity on the durability of Eglass/polymer composites. Mater Design 30(7): 2506-2512.

[19] Brown JM, Curliss D, Vaia RA (2000) Thermoset-layered silicate nanocomposites. Quaternary ammonium montmorillonite with primary diamine cured epoxies. Chem Mater 12(11) 3376-3384.

[20] Maul P (2005) Barrier Enhancements using Additives, in Fillers, Pigments and Additives for Plastics in Packaging Applications. Proc. Pira International Confer, Belgium.

[21] Alamri H, Low IM (2012) Effect of water absorption on the mechanical properties of nano-filler reinforced epoxy nanocomposites. Mater Design 42: 214-222.

[22] Haque A, Shamsuzzoha M, Hussain F, Dean D (2003) S2-glass/epoxy polymer nanocomposites: manufacturing, structures, thermal and mechanical properties. J Compos Mater 37(10) 1821-1837.

[23] Kornmann X, Rees M, Thomann Y, Necola A, Barbezat M, Thomann R (2005) Epoxy-layered silicate nanocomposites as matrix in glass fibre-reinforced composites. Compos Sci Technol 65: 2259.

[24] Rice BP, Chen C, Cloos L, Curliss D (2001) Carbon fibre composites: organoclayaerospace epoxy nanocomposites. Part I. Sampe J 37(5): 7-9.

[25] Pol MH, Liaghat GH, Mehrabani Yeganeh E, Afrouzian (2015) A Experimental investigation of nanoclay and nanosilica particles effects on mechanical properties of glass epoxy composites. In Persian, Modares Mechanical Engineering 14(16): 76-82.

[26] Roelofs JCAA, Berben PH (2006) Preparation and performance of synthetic organoclays. Appl Clay Sci 33: 13-20.

[27] MasoudiA, Liaghat GH, Pol MH (2014) Effects of nanoclay on the ballistic behavior of GLARE - Experimental and numerical investigation. In Persian, Modares Mechanical Engineering, 14(7): 43-51.

[28] Kaboudvand E, Esalmi Farsani R, Khosravi H (2016) Effect of functionalized multi-walled carbon nanotubes addition on flexural behavior of FML structures. In Persian, Proc. 2nd International Conference on new technology achievements in mechanical, industrials and aerospace engineering, Iran.

[29] http://www.millproducts-alcoa.com.

[30]http://www.swiss-composite.ch/pdf/t-Araldite-LY5052-Aradur5052-e.pdf.

[31] http://www.colan.com.au/compositereinforcement.

[32] Zainuddin S, Hosur MV, Zhou Y, Kumar A, Jeelani S (2010) Durability study of neat/nanophased GFRP composites subjected to different environmental conditioning. Mat Sci Eng A-Struct 527: 3091-3099.

[33] Chowdhury FH, Hosur MV, Jeelani S (2006) Studies on the flexural and thermomechanical properties of woven carbon/nanoclay-epoxy laminates. Mat Sci Eng A-Struct 421: 298-306, 2006.

[34] Lacombe R Adhesion measurement methods Theory and practice (2005). First ed., CRC Taylor and Francis.

[35] Botelho, EC, Silva RA, Pardini LC, Rezende MC (2006) A review on the development and properties of continuous fiber/epoxy/aluminum hybrid composites for aircraft structures. J Mater Res 9(3): 247-256, 2006.

[36] McDevitt NT, Braun WL The three point bend test for adhesive joints: formation, characteristics and testing (1984). K.L. Mittal ed., Plenum Press, New York.

[37] Manfredi LB, De Santis H, Vázquez (2008) A Influence of the addition of montmorillonite to the matrix of unidirectional glass fibre/epoxy composites on their mechanical and water absorption properties. Compos Part A-Appl S 39:1726-1731, 2008.

[38] Uhl FM, Davuluri SP, Wong SC, Webster DC (2004) Organically modified montmorillonites in UV curable urethane acrylate films. Polymer 45(18): 6175-6187.

[39] Khan SU, Iqbal K, Munir A, Kim JK (2011) Quasi-static and impact fracture behaviors of CFRPs with nanoclay-filled epoxy matrix. Compos Part A-Appl S 42: 253-264.

[40] Zhai LL, Ling G, Wang YW (2008) Effect of nano-Al2O3 on adhesion strength of epoxy adhesive and steel. Int J Adhes Adhes, 28(1): 23-28.

[41] Prolongo SG, Gude MR, Urena A (2010) Rheological behavior of nanoreinforced epoxy adhesives of low electrical resistivity for joining carbon fiber/epoxy laminates. J Adhes Sci Technol 24(6): 1097-1112.