بررسی تجربی رفتار خمشی کامپوزیت‌های لایه‌ای آلومینیوم- اپوکسی/ الیاف بازالت حاوی نانوذرات رس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 دانشیار دانشگاه خواجه نصیر

چکیده

در تحقیق حاضر تأثیر افزودن نانوذرات رس اصلاح‌شده/اصلاح‌نشده، با درصدهای وزنی مختلف بر رفتار خمشی کامپوزیت‌های لایه‌ای آلومینیوم 2024- T3-رزین اپوکسی/الیاف بازالت بررسی شد. ابتدا به‌منظور ایجاد برهمکنش مناسب بین نانوذرات رس و زمینه اپوکسی، عملیات اصلاح سطحی با عامل کوپلینگ سیلان بر روی نانوذرات رس انجام شد که در ادامه، ایجاد گروه‌های عاملی بر روی سطح نانوذرات رس توسط آزمون طیف‌سنجی مادون‌قرمز (FT-IR) ثابت شد. نانوذرات رس اصلاح‌شده با درصدهای وزنی 0، 1، 3 و 5 به اپوکسی افزوده شد و سپس جهت پخش و توزیع مطلوب‌تر آن در زمینه از دستگاه همزن مکانیکی و آلتراسونیک استفاده شد. همچنین به‌منظور برهمکنش و چسبندگی بهتر بین زمینه و ورق آلومینیومی، عملیات مکانیکی و شیمیایی بر روی آلومینیوم انجام شد. در ادامه مخلوط‌های حاصل همراه با الیاف بازالت بافته‌شده و لایه‌های آلومینیوم در ساخت کامپوزیت لایه‌ای مورد استفاده قرار گرفت. نمونه‌های ساخته‌شده جهت بررسی تأثیر افزودن نانوذرات رس تحت آزمون خمش سه‌نقطه‌ای قرار گرفتند که حداکثر تاثیر نانوذرات اصلاح شده بر افزایش استحکام خمشی و انرژی شکست در 3 درصد وزنی آن اتفاق افتاد. این خواص در مورد نمونه حاوی 3 درصد وزنی نانوذرات رس اصلاح نشده نسبت به نمونه مشابه اصلاح شده تضعیف شد. علاوه بر این مدول خمشی با افزایش نانوذرات رس به صورت پیوسته افزایش یافت. همچنین به‌منظور بررسی مکانیزم شکست بخش پلیمری از میکروسکوپ روبشی الکترونی گسیل میدانی (FESEM) استفاده شد. تصاویر میکروسکوپی بیانگر این بودند که افزودن نانوذرات رس باعث بهبود برهمکنش بین زمینه و الیاف بازالت شده و منجر به بهبود خواص خمشی می شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental investigation of flexural behavior of basalt fibers/epoxy-aluminum laminate composites containing nanoclay particles

نویسندگان [English]

  • Farid Bahari-Sambran 1
  • Hossein Ebrahimnezhad-Khaljiri 1
1 Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
2
چکیده [English]

In this study, the effect of different weight percent of modified/unmodified nanoclay particles on the flexural properties of fiber metal laminates (FMLs) made of basalt fibers/epoxy-2024-T3 aluminum sheets was investigated. As a first step, the surface of nanoclay was modified by silane coupling agent which the creation of functional groups on the surface of nanoclay particles was confirmed by Fourier transform infrared (FT-IR) analyses. The modified nanoclay with different weight percent of 0, 1, 3 and 5 was added into the epoxy and then for better distribution and dispersion of nanoparticles in the matrix, the mechanical and ultra-sonication machines were used. Also, for better interaction and adherence between matrix and aluminum sheets, the mechanical and chemical treatment were conducted. Then the mixture of epoxy and nanoclay with woven basalt fibers and aluminum sheets were used to fabricate FMLs. To survey the effect of nanoparticles on mechanical properties, the 3-point bending test was used. The results show that the maximum effect of adding nanoclay on flexural strength and absorbed energy was in 3 wt.% of modified nanoclay, these properties of FMLs, conaining 3 wt.% unmodified nanoclay was weakend in compareson similar specimen, containing modified nanoclay. Furthermore, the flexural modulus was increased by increasing the weight percent of nanoparticles. Also, to investigate the fracture mechanism of polymeric part, the field emission scanning electron microscope (FESEM) was used. The microscopic images were revealed that adding nanoclay are caused improvement of interaction between matrix and basalt fibers, consequently, are caused improving the flexural properties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fiber metal laminates
  • Nanoclay
  • Basalt fibers
  • Surface modification
  • Flexural test