بررسی فصل مشترک و رفتار ضربه شارپی چندلایه های الیاف/ فلز حاوی نانوصفحات گرافن و الیاف هیبریدی شیشه/ کولار

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

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

3 دانشیار دانشگاه خواجه نصیر

چکیده

در این پژوهش، رفتار ضربه کامپوزیت های چندلایه ای الیاف/فلز حاوی گرافن، تقویت شده با پارچه هیبرید الیاف شیشه-کولار بررسی شد. به این منظور چندلایه‌های هیبرید الیاف شیشه-کولار/ آلومینیوم 2024 با درصدهای وزنی متفاوت گرافن به روش لایه گذاری دستی ساخته شدند و تحت آزمون ضربه شارپی قرار گرفتند. همچنین پیش از ساخت کامپوزیت‌ها سطح ورق‌های آلومینیوم با استفاده از روش شیمیایی اصلاح شده تا پیوند میان آن‌ها و لایه کامپوزیتی محکم‌تر باشد. استفاده از گرافن سبب کاهش استحکام ضربه در کامپوزیت‌های الیاف/فلز شد و با افزودن 0.25، 0.5 و 1 درصد وزنی گرافن به اپوکسی، به ترتیب، 34.2، 41.8 و 58.86 درصد کاهش در استحکام ضربه نسبت به نمونه فاقد گرافن بدست آمد. با افزایش مقدار گرافن در کامپوزیت، میزان و احتمال جدایش میان ورق آلومینیومی و لایه کامپوزیتی افزایش یافته و همچنین کامپوزیت الیاف/فلز از خود رفتار تردتری نشان داد. در نمونه‌های فاقد گرافن، جدایش رخ نداده، اما با افزایش درصد گرافن، جدایش بیشتر شده و در نهایت برای نمونه‌های حاوی 1 درصد وزنی گرافن علی رغم جدایش میان ورق فلزی و لایه کامپوزیتی، شکست ترد در کامپوزیت و متعاقباً شکست ورق آلومینیومی مشاهده شد. مطابق با تصاویر میکروسکوپی حضور گرافن و کلوخه‌های آن در فصل مشترک ورق آلومینیومی و لایه کامپوزیتی موجب جوانه‌زنی و رشد ترک می‌شود. همچنین، نانوصفحات گرافن، حفرات ایجاد شده بر روی سطح آلومینیوم را (که به منظور برهمکنش بهتر با رزین توسط اصلاح سطحی تشکیل شده بودند)، پر کرده و مانع از نفوذ رزین و پیوند مناسب میان رزین اپوکسی و آلومینیوم می‌شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation the interface and charpy impact behavior of fiber metal laminates containing graphene nanoplatelets and glass kevlar hybrid fibers

نویسندگان [English]

  • Seyyed Navid Hosseini Abbandanak 1
  • Mehdi Abdollahi Azghan 2
1 Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
2 Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this research, the effect of graphene on the impact behavior of fiber metal laminates (FMLs) reinforced with hybrid of glass-Kevlar fibers, was investigated. FMLs including hybrid of glass-Kevlar fibers/ aluminum 2024 with different weight percent of graphene were made by hand lay-up method and subjected to impact charpy test. Also, before making composites, the surface of aluminum is modified using a chemical method to improve the bond between it and composite. The use of graphene reduced impact strength in the FMLs. Thus, by adding 0.25, 0.5 and 1 wt.% graphene to epoxy, 34.2, 41.8 and 58.86%, respectively, reduction were observed in the impact strength compared to the graphene-free sample. Increasing the amount of graphene in the composite, the degree and the probability of separation between the aluminum and the composite increased, and the FMLs showed a more brittle behavior. Thus, in the sample without graphene, the separation did not occurred, but with increasing graphene, the separation become more and finally for samples containing 1 wt.% graphene despite the separation between the aluminum and composite, brittle fracture in the composite and the subsequent failure of aluminum was observed. According to microscopic images, the presence of graphene and its agglomerate at the interface between aluminum and composite causes initiation and crack growth. Graphene also fills the cavities formed on the aluminum surface, which are formed to better interact with the resin by surface modification, and prevent the penetration of the resin and the proper bonding between the epoxy and the aluminum.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fiber metal laminate
  • graphene
  • Charpy impact
  • Hybrid fibers