کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف اصلاح نشده، و تلفیق خواص این دو، بهبود دوچندان خواص در نمونه‌‌های نانو کامپوزیتی هیبریدی FRSTN قابل توجیه خواهد بود.
به طور کل افزایش در خواص مکانیکی کامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف اصلاح شده می‌تواند ناشی از بهبود چسبندگی فصل مشترک میان الیاف و ماتریس باشد که به خاطر اثر جفت کنندگی اجزاء سیلانیست. طبیعت آب دوست الیاف، به خاطر گروه‌های هیدروکسیل سطح، اثری وارونه در چسبندگی به ماتریس آب گریز دارد، نتیجتاً چسبندگی ماتریس/الیاف ضعیف می‌شود. افزایش چسبندگی الیاف باید به وسیله‌ی اصلاح با یک اتصال دهنده که شامل گروه‌های عاملیست که می‌توانند به عنوان پلی بین رزین و الیاف تقویت کننده ایفای نقش کنند[90].
درصد ازدیاد طول در نقطه شکست نانوکامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف طبیعی در جدول 4-4 نشان داده شده است. همان‌طور که مشهود است درصد ازدیاد طول در نقطه شکست نانو کامپوزیت‌های حاوی الیاف اصلاح شده و حضور نانو ذرات روندی افزایشی نسبت به کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف اصلاح نشده نشان می‌دهد که دلیل این روند را می‌توان به پیش اصلاح سازی الیاف توسط هیدروکسید سدیم ارتباط داد[88].
همان‌طور که در جدول مشاهده می‌شود کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف اصلاح شده در مقایسه با الیاف اصلاح نشده ازدیاد طول قابل ملاحظه‌ای را نشان نمی‌دهد و می‌تواند بیانگر عدم وابستگی کرنش به اصلاح باشد. در واقع کرنش کامپوزیت به خاطر کرنش الیاف است و نه ماتریس، در نتیجه با اصلاح الیاف، وابستگی ماتریس به الیاف زیاد شده و مقدار کم کرنش ماتریس نیز در کرنش کامپوزیت سهیم می‌شود. افزایش ازدیاد طول در نمونه FRSTN را می‌توان به تقویت فاز ماتریس توسط 3 درصد وزنی نانو ذرات خاک رس ارتباط داد (به شکل4-13رجوع شود).
جدول 4-2 : تغییرات ازدیاد طول در نقطه شکست کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌ها هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس
نمونه
ازدیاد طول در نقطه شکست (درصد)
FRP
244/1
FRST
266/1
FRSTN
357/1
ب-نتایج آزمون ضربه با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی
استحکام ضربه کامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف طبیعی و اثر اصلاح الیاف توسط عامل اتصال دهنده سیلانی و همچنین اثر افزودن نانو ذرات به رزین در کامپوزیت‌ها و نانوکامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف طبیعی در شکل 4-29 نشان داده شده است. همان‌طور که مشاهده می‌شود با اصلاح الیاف توسط عامل سیلانی استحکام ضربه کامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف طبیعی به مقدار قابل ملاحظه‌ای بهبود یافته است. با افزودن نانو کامپوزیت تقویت شده با 3 درصد وزنی نانو ذرات، روند نتایج تغییر می‌کند. همان‌طور که قبلاً نیز اشاره شد بهبود و یا افت خواص در کامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف به اجزاء تشکیل دهنده و فصل مشترک آن‌ها وابسته است. مکانیزم استحکام ضربه کامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف به انرژی مصرفی جهت شکست اجزاء مختلف کامپوزیت اعم از گسسته شدن مولکول‌های رزین و جدایش الیاف و همچنین گسسته شدن فصل مشترک اجزاء ارتباط دارد که با بهبود خواص هر کدام می‌توان شاهد بهبود خواص استحکام ضربه کلی کامپوزیت بود[90]. به جهت تفاوت در ماهیت ماتریس آب گریز و الیاف طبیعی آبدوست، چسبندگی ضعیف در فصل مشترک کامپوزیت امری بدیهی است که با اعمال اتصال دهنده سیلانی در فصل مشترک اجزاء کامپوزیت، سطحی قوی به وجود می‌آید که نیازمند انرژی بیشتر جهت گسسته شدن خواهد بود. ریز نگارهای 4-30 تا 4-32 موید گفته‌های فوق است که در آن‌ها دانه‌های سفید درون هر تصویر متأثر از تکه‌های ناهموار در شکست جهت آماده سازی نمونه‌ها می‌باشد. همان‌طور که از این تصاویر مشخص است، سطح الیاف در نمونه‌ FRP در شکل 4-30 کاملاً صاف و بدون هیچ ناهمواری می‌باشد در حالی است که نمونه‌‌های FRST وFRSTN، در شکل 4-31 و4-32 مورفولوژی سطح کاملاً متفاوتی را نشان داده‌اند.
اگر چسبندگی فصل مشترک خوب نباشد (سطح الیاف بیرون آمده از ماتریس تمیز باشد) شکست از فصل مشترک الیاف ماتریس اتفاق می‌افتد. حال آنکه اگر این چسبندگی خوب باشد (الیاف بیرون آمده محصور در ماتریس پلیمری هستند) و الیاف هم محکم باشند، این شکست از ماتریس رخ می‌دهد. تصویر الیاف سیلانه شده نشان دهنده ناهمواری‌‌های بیشتر نسبت به الیافی است که اصلاح نشده اند که این می‌تواند به خاطر تشکیل لایه سیلانی در سطح الیاف، و نتیجتاً سهولت خیس خوردگی الیاف اصلاح شده توسط ماتریس پلیمری باشد که نهایتاً منجر به افزایش چسبندگی فصل مشترک می‌شود[90]. این موضوع بیانگر نقش تقویت کنندگی عامل اتصال دهنده سیلانی در فصل مشترک کامپوزیت می‌باشد.
با افزایش استحکام ضربه در نانو کامپوزیت‌های تهیه شده در فاز اول، انتظار می‌رفت که در این قسمت نیز با افزودن ماتریس حاوی نانو ذرات در نمونه FRSTN استحکام ضربه نسبت به نمونه FRST بهبود یابد که مشاهدات خلاف این انتظار را نشان می‌دهد که این پدیده را شاید بتوان به مشکل شدن آغشته سازی الیاف که ناشی از بالا رفتن ویسکوزیته فاز ماتریس پر شده با 3 درصد وزنی نانو ذرات می‌باشد نسبت داد.
شکل 4-29 : تغییرات مقاومت در برابر ضربه کامپوزیت و نانوکامپوزیت‌‌های هیبریدی
شکل 4-30: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRP در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)
شکل 4-31: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRST در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)
شکل 4-32: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRSTN در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)
ج-نتایج آزمون خمش
در شکل 4-33 نتایج استحکام و مدول خمشی کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف فلاکس اصلاح شده و اصلاح نشده و همچنین نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف اصلاح شده نشان داده شده است. همان‌طور که ملاحظه می شود اصلاح الیاف با عامل سیلانی منجر به بهبود خواص کششی نمونه‌ها شده است که دلیل این امر را می‌توان در بهبود فصل مشترک الیاف و ماتریس و نهایتاً انتقال بهتر تنش از فاز ماتریس به الیاف تقویت کننده دانست.
با افزودن نانو ذرات به نمونه‌‌های کامپوزیتی تقویت شده با الیاف اصلاح شده خواص خمشی این نمونه‌ها بهبود یافته است به طوریکه با افزودن 3 درصد وزنی نانو ذرات به نمونه‌‌های آزمون، مدول و استحکام خمشی آن‌ها به ترتیب 7/4 و3/4 درصد افزایش نشان می‌دهند. این رفتار را می‌توان به این مطلب ارتباط داد که حضور نانو ذرات در سطح الیاف خواص بین سطحی ماتریس و الیاف را بهبود می‌دهد یا می‌توان گفت که استحکام فشاری ماتریس به دلیل حضور نانو ذرات افزایش یافته و از آنجا که خواص خمشی مجموعه‌ای از خواص در دو حالت کششی و فشاری است، عدم آغشته سازی مناسب الیاف توسط ماتریس در این قسمت نیز نتوانست منجر به کاهش خواص خمشی در مقایسه با نمونه‌های FRP و FRST شود، با این توصیف و با توجه به افزایش خواص کششی که قبلاً به آن‌ها اشاره شد، می‌توان افزایش خواص در حالت خمشی را نتیجه گرفت.
شکل 4-33 : نتایج استحکام و مدول خمشی کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف فلاکس
د-نتایج آزمون جذب آب
جذب آب کامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف طبیعی و اثر اصلاح الیاف توسط عامل اتصال دهنده سیلانی و همچنین اثر افزودن نانو ذرات کلی به رزین در نانوکامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف طبیعی در شکل 4-34 نشان داده شده است. همان‌طور که مشاهده می‌شود با اصلاح الیاف توسط عامل سیلانی جذب آب کامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف طبیعی به مقدار قابل ملاحظه‌ای کاهش یافته که در ادامه با افزودن نانو ذرات خاک رس به رزین نیز این کاهش جذب آب تشدید شده است. در توجیه مشاهدات مذکور می‌توان ماهیت آب دوستی الیاف طبیعی را به جهت دارا بودن سطحی فعال و مستعد جذب آب مورد بررسی قرار داد که اعمال اصلاح کننده‌ی سیلانی بر روی سطح الیاف و همچنین افزودن نانو ذرات به رزین، هر کدام با مکانیزم‌های خاص خود منجر به کاهش جذب آب کامپوزیت می‌شوند.
شکل 4-34 : تغییرات جذب آب کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس
سیلان با کاهش مقدار گروه‌های هیدروکسیل آزاد در سطح الیاف، منجر به کاهش آب دوستی کامپوزیت‌‌های الیاف طبیعی می‌شود که نتیجتاً منجر به کاهش جذب آب کامپوزیت‌‌های تهیه شده با آن می‌شود[41, 77]. کاهش جذب آب در کامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف اصلاح شده، به توانایی عامل اتصال دهنده سیلانی در کاهش قطبیت الیاف و متقابلاً کاهش پتانسیل آن‌ها در برهم کنش با مولکول‌‌های قطبی آب و یا به عبارت دیگر بهبود چسبندگی الیاف ماتریس بستگی دارد[91].
سه عامل مهم در خواص جذب آب در کامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف نقش دارند. مولکول‌های آب در ابتدا می‌بایست از ماتریس رزینی عبور کرده و پس از عبور از فصل مشترک اجزا کامپوزیت خود را به سطح الیاف تقویت کننده برسانند. هر عاملی که موجب طولانی‌تر شدن مسیر عبور مولکول‌‌های آب از درون ماتریس رزینی و یا تقویت فصل مشترک اجزاء کامپوزیت (اصلاح سطح الیاف) می‌تواند کاهش جذب آب الیاف را به دنبال داشته باشد. ماتریس پوشاننده سطح الیاف از عوامل محیطی به عنوان اولین مانع جذب آب الیاف وارد عمل می‌شود. در این مرحله افزودن هر فیلر همچون نانو ذرات با ماهیت نفوذ پذیری پایین‌تر نسبت به ماتریس رزینی می‌تواند افزایش طول مسیر مولکول‌های آب را تشدید کند که نهایتاً می‌تواند جذب آب کامپوزیت را کاهش دهد. از طرفی فصل مشترک الیاف و ماتریس نیز نقش بسزایی را در این جذب آب ایفا کرده که با وارد نمودن اتصال دهنده سیلانی به منزله‌ی تقویت فصل مشترک اجزاء کامپوزیت، سطح در دسترس جهت جذب آب در کامپوزیت کاهش می‌یابد. سرانجام، ماهیت سطح الیاف نقش مهمی در جذب آب الیاف بر عهده دارد. الیاف طبیعی با دارا بودن سطح بسیار زیاد حاوی گروه‌های OH، جذب آب بسیار بالایی از خود نشان می‌دهند. با اصلاح سطح الیاف توسط عوامل سیلانی، این مناطق مستعد سطحی جذب آب، اشغال‌شده و یا به اصطلاح کور می‌شوند و کاهش جذب آب الیاف آبدوست را به دنبال خواهند داشت.
به طور کلی از طرفی فیلرهای نانو ذره‌ای به لحاظ طولانی‌تر کردن مسیر عبور مولکول‌‌های آب، با کاهش نفوذپذیری فیزیکی در مقایسه با ماتریس رزینی می‌توانند کند شدن جذب آب کامپوزیت را منجر شوند و از سوی دیگر، عامل سیلانی با مکانیزم اشغال گروه‌های OH سطح الیاف استعداد جذب آب کامپوزیت را کاهش دهند.
ضمناً نباید این موضوع را فراموش نمود که نانو ذرات، سرعت جذب آب را با مکانیزم افزایش طول مسیر عبور مولکول‌های آب کاهش می‌دهند ولی جذب آب را به خاطر ماهیت قطبی و مساحت سطح بالایی که دارند در طولانی مدت افزایش می‌دهند.

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه با کلمات کلیدی بهداشت روان، سلامت روان، بهداشت روانی، سلامت روانی
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید