تأثیر نانوصفحات گرافن عامل‌دار بر خواص مکانیکی کامپوزیت وینیل استر/ الیاف شیشه

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مواد مرکب، دانشگاه مالک اشتر، تهران

2 دانشجوی دکتری، مهندسی پزشکی، دانشگاه امیرکبیر، تهران

3 دانشجوی دکتری، مهندسی دریا، دانشگاه امیرکبیر، تهران

4 استادیار، مهندسی مواد، دانشگاه مالک اشتر،

10.22044/jsfm.2020.9692.3188

چکیده

در این پژوهش تأثیر افزودن نانوصفحات گرافن عامل‌دار بر رفتار مکانیکی کامپوزیت‌های وینیل‌ استر/ الیاف شیشه مورد بررسی قرار گرفت. جهت توزیع مناسب گرافن در زمینه و ایجاد پیوند مستحکم‌تر میان گرافن، وینیل‌ استر و الیاف شیشه، سطح گرافن توسط عامل جفت‌کننده تری‌آمینوپروپیل‌تری‌متوکسی‌سیلان عامل‌دار شد. سپس کامپوزیت‌ها به روش لایه‌گذاری دستی با نانوکامپوزیت‌های حاوی درصدهای وزنی 0، 2/0، 4/0 و 6/0 گرافن عامل‌دار ساخته شدند. مطابق نتایج، نانوکامپوزیت حاوی 4/0 درصد وزنی گرافن عامل‌دار بهترین خواص را نشان داد. طبق نتایج آزمون خمش، نانوکامپوزیت حاوی 4/0 درصد وزنی در مقایسه با نمونه فاقد گرافن به ترتیب 63 و 28 درصد افزایش در استحکام و مدول خمشی از خود نشان داد. نتایج آزمون‌ کشش به ترتیب 26 و 11 درصد بهبود در استحکام کششی و مدول یانگ را برای نانوکامپوزیت حاوی 4/0 درصد وزنی گرافن عامل‌دار نسبت به کامپوزیت فاقد گرافن نشان داد. مطابق تصاویر میکروسکوپ الکترونی، افزایش خواص مکانیکی می‌تواند مربوط به بهبود چسبندگی بین پلیمر و الیاف و مکانیزم‌های چقرمه‌سازی در نمونه‌های شامل گرافن‌ عامل‌دار باشد.

کلیدواژه‌ها


[1] Abdollahi Azghan M, Asghari F and  Eslami Farsani R (2017) Experimental study of the effect of cryogenic cycling and metal surface treatment on flexural properties of aluminum-epoxy/basalt fibers laminate composite. Iranian Journal of Manufacturing Engineering 4(1): 15-24
[2] Kumar P, Irudhayam J, Naviin D. and Development (2012) a review on importance and recent applications of polymer composites in orthopaedics. International Journal of Engineering Research and Development 5(2): 40-43.
[3] Abadie M, Mekhissi K and Burchill P (2002) Effects of processing conditions on the curing of a vinyl ester resin. Appl Polym 84(6): 1146-1154.
[4] Van Tonder T (2014) Adhesive properties of thermoset fibre metal laminates. Thesis University of Cape Town.
[5] Hosseini Abbandanak SN, Aghamohammadi H, Akbarzadeh E, Shabani N, Eslami-Farsani R, Kangooie M, Siadati MH (2019) Morphological /Saxs/Waxs studies on the electrochemical synthesis of graphene nanoplatelets. Ceramics International 45(16): 20882-20890
[6] Hosseini Abbandanak SH, Abdollahi Azghan M, Eslami-Farsani R (2019) Investigation the interface and charpy impact behavior of fiber metal laminates containing graphene nanoplatelets and glass kevlar hybrid fibers. Iranian Journal of Manufacturing Engineering 6(2):10-19
[7] Huang, X, Qi X, Boey F. and Zhang H (2012) Graphene-based composites. Chemical Society Reviews 41(2): 666-686.
[8] Arkles B (2003) Silane coupling agents: Connecting across boundaries. Morrisville: Gelest: 9-12.
[9] Zahari W, Badri, R, Ardyananta H, Kurniawan D, Nor F (2015) Mechanical properties and water absorption behavior of Polypropylene/Ijuk fiber composite by using silane treatment. Procedia Manuf 2: 573-578.
[10] Rafiee M. A, Rafiee J, Srivastava I, Wang Z, Song H, Yu Z, Koratkar N (2010) Fracture and fatigue in graphene nanocomposites. Small 6(2): 179-183.
[11] Ahmadi-Moghadam B, Sharafimasooleh M and Shadlou S, Taheri F (2015) Effect of functionalization of graphene nanoplatelets on the mechanical response of graphene/epoxy composites. Mater Design 66: 142-149.
[12] Liao W, Tien H, Hsiao S, Li S, Wang Y, Huang Y, Yang S, Ma CM, Wu Y (2013) Effects of multiwalled carbon nanotubes functionalization on the morphology and mechanical and thermal properties of carbon fiber/vinyl ester composites. ACS Appl Mater Interfaces 5(9): 3975-3982.
[13] Pathak A, Borah M, Gupta A, Yokozeki T, Dhakate S (2016) Improved mechanical properties of carbon fiber/graphene oxide-epoxy hybrid composites. Compos Sci Technol 135: 28-38.
[14] حسینی آب‌بندانک س­ن، سیادتی س­م، اسلامی فارسانی ر (1397) اثر اصلاح سطحی گرافن بر رفتار مکانیکی کامپوزیت‌های اپوکسی-الیاف بازالت. مجله علوم و تکنولوژی پلیمر 170-155 :(31)2.
[15] Zaman I, Phan T, Kuan H, Meng Q, La LTB, Luong L, Youssf O, Ma J (2011) Epoxy/Graphene platelets nanocomposites with two levels of interface strength. Polymer 52(7): 1603-1611.
[16] https://www.us-nano.com/inc/sdetail/3767
[17] ASTM D 790 (2000) Standard test methods for flexural properties of un-reinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials. Annual Book of ASTM Standard.
[18] ASTM D3039 (2008) standard test method for tensile properties of polymer matrix composite materials. Annual Book of ASTM International.
[19] Coates J (2006) Interpretation of infrared      spectra a practical approach. encyclopedia of analytical chemistry: Applications, theory and instrumentation.
 [20] Hosseini Abbandanak SN, Abdollahi Azghan M, Zamani A, Fallahnejad M, Eslami-Farsani R, Siadati SM (2020) Effect of graphene on the interfacial and mechanical properties of hybrid glass/kevlar fiber metal laminates. J Ind Text.
[21] Davim JP, Reis P (2003) Study of delamination in drilling carbon fiber reinforced plastics (CFRPs) using design experiments. Compos Struct 59(4): 481-487.
[22] Choi N, Kinloch A, Williams J (1999) Delamination fracture of multidirectional carbon-fiber/epoxy composites under Mode I, Mode Ii and Mixed-Mode I/Ii Loading. J Compos Mater 33(1): 73-100.
[23] Quaresimin M, Schulte K, Zappalorto M, Chandrasekaran S (2016) Toughening mechanisms in polymer nanocomposites: From experiments to modeling. Compos Sci Tech 123:187-204.
[24] Shen M, Kuan C, Kuan H, Chen C, Wang J, Yip M, Chiang C (2013) Preparation, characterization, thermal, and flame-retardant properties of green silicon-containing epoxy/functionalized graphene nanosheets composites. J Nanomater 2013: 1-10
 [25] Ammar A, Al Enizi A, Al Maadeed M, Karim A (2016) Influence of graphene oxide on mechanical, morphological, barrier, and electrical properties of polymer membranes. Arab J Chem 9(2): 274-286.
[26] Bulut E (2017) Mechanical characterization of basalt/epoxy composite laminates containing graphene nanopellets. Compos Part B-Eng (122): 71-78.
[27] Siddiqui A, Sham M, Tang B, Munir A, Kim J (2009) Tensile strength of glass fibres with carbon nanotube–epoxy nanocomposite coating. Compos Part A-Appl S 40(10): 1606-1614.