فوق، شاید بتوان این طور بیان نمود که با افزایش غلظت نانو ذرات در ماتریس رزینی، زنجیر‌‌های ماتریس در نقاط بیشتری با هم درگیر می‌شوند. بدین صورت که با توجه به اینکه نمونه‌‌های بدون نانو ذرات پس از تحمل مقداری از تنش وارد شده شکسته می‌شوند که در همین لحظه ازدیاد طول در نقطه شکست برای این نمونه توسط اکستنسومتر دستگاه کشش ثبت می‌شود. گفته‌های مذکور در شکل 4-10 (الف) و (ب) به تصویر کشیده شده است. شکل 4-10 الف و ب به ترتیب مربوط به ماتریس عاری از نانو ذرات قبل و بعد از انجام آزمون کشش است. در نمونه‌‌های حاوی نانو ذرات، بعد از اعمال تنش تعدادی از زنجیر‌های ماتریس که در حال کشیده شدن هستند شکسته می‌شود. اما از آنجا که احتمال دارد تعدادی از نانو ذرات در دو سر زنجیر شکست خورده، در ارتباط با زنجیر دیگری باشند از شکست کل ماتریس جلوگیری کرده و فقط مقداری کرنش به جهت شکست زنجیر اولیه از خود نشان می‌دهند که در نتیجه منجر به افزایش ازدیاد طول نمونه حاوی نانو ذره نسبت به نمونه عاری از نانو ذره می‌شود. گفته فوق نیز در شکل 4-10 (ج) و (د) به تصویر کشیده شده است. شکل 4-10 (ج) و (د) به ترتیب مربوط به ماتریس حاوی نانو ذرات قبل و بعد از انجام آزمون کشش در توجیه گفته‌های فوق نشان داده شده است.
شکل 4-10 : تغییرات ازدیاد طول رزین عاری از نانو ذرات قبل (الف) و بعد (ب) از آزمون کشش. تغییرات ازدیاد طول ماتریس حاوی نانو ذرات قبل (ج) و بعد (د) از آزمون کشش
در توجیه کاهش ازدیاد طول در نقطه شکست برای نمونه‌‌های 5 تا 10 درصد وزنی نانو ذرات می‌توان این طور بیان نمود که وجود حباب‌‌های ناشی از ویسکوز شدن رزین پس از افزایش غلظت نانو ذرات درون آن، و همچنین کلوخه شدن نانو ذرات درون رزین به علت عدم فضای کافی جهت باز شدن آن‌ها، می‌تواند دلیلی بر این پیامد باشد. بدین ترتیب که با رسیدن تنش به حباب‌های موجود در توده ماتریس، بلافاصله شکست اتفاق می‌افتد که منجر به کاهش ازدیاد طول در این نقاط و به طور کلی در ماتریس می‌شود. فرضیات مذکور در مورد تغییرات ازدیاد طول نانو کامپوزیت‌های حاوی حباب‌های هوا قبل و بعد از آزمون کشش، به طور شماتیک در شکل 4-11 (الف) و(ب) نشان داده شده است. همچنین با رسیدن تنش به مناطق کلوخه‌ای شده، و عبور از اطراف این مناطق، تمرکز تنشی پس از آن ایجاد می‌شود که منجر به شکست ناگهانی ماتریس و نهایتاً کاهش ازدیاد طول در نقطه شکست می‌شود، که البته اظهار نظر دقیق‌تر در مورد مکانیزم‌‌های تشریح شده منوط به انجام بررسی‌‌های تکمیلی است.
شکل 4-11 : تغییرات ازدیاد طول نانو کامپوزیت‌های با درصد وزنی بالای نانو ذره و حاوی حباب‌های هوا قبل (الف) و بعد (ب) از آزمون کشش
ب-خمش
در شکل 4-12 نتایج آزمون‌‌های خمش نانوکامپوزیت‌‌های حاوی 0 تا 10 درصد وزنی نانو ذرات نشان داده شده است. همان‌طور که مشاهده می‌شود، استحکام خمشی با افزودن نانو ذرات در درصد‌های کم، افزایش چشمگیری را داشته است و با افزایش غلظت وزنی نانو ذرات تا 10 درصد این روند نامحسوس بوده است. افزایش استحکام خمشی نمونه‌‌های حاوی نانو ذرات را می‌توان به افزایش خواص سطح مشترک این نمونه‌ها ربط داد که از مساحت سطح بالای صفحات نانو ذرات ناشی می‌شود. مساحت سطح بالای صفحات نانو ذرات منجر به بالا رفتن سطح تماس صفحات نانو ذرات و رزین می‌گردد که منجر به افزایش خواص سطح مشترک خواهد شد[82].
شکل 4-12 : تغییرات استحکام و مدول خمشی نانو کامپوزیت‌ها با افزایش نانو ذرات از 0 تا 10درصد وزنی
چنانچه نتایج پراش اشعه ایکس نشان داد، در درصد‌های بالای نانو ذرات در نانو کامپوزیت، مولکول‌‌های رزین تنها می‌توانند به میان صفحات نانو ذرات خاک رس نفوذ کنند و به طور کامل قادر به ورقه ای کردن صفحات نیستند که این امر منجر به کاهش خواص مکانیکی می‌شود[80].
همچنین با توجه به شکل 4-12 می‌توان دریافت که مدول خمشی نانو کامپوزیت‌ها با افزایش درصد نانو ذرات افزایش یافته که البته در بالاترین درصد وزنی این روند قابل ملاحظه نبوده است. این افزایش در مدول را -همانند آنچه که پیرامون افزایش مدول در حالت کششی بیان شد- می‌توان این‌طور توجیه نمود که با افزایش صفحات معدنی نانو ذرات که ذاتاً موادی سفت می‌باشند به رزین، طبیعتاً سفتی سیستم بالا رفته و مدول کلی نمونه نانو کامپوزیتی با افزودن میزان نانو ذرات افزایش نشان می‌دهد. روند نشان ‌داده ‌‌شده برای نمونه 10درصد را نیز می‌توان به پخش ضعیف نانو رس در فاز ماتریس ارتباط داد. در این زمینه نتایج مشابهی نیز توسط محققان دیگر همچون سومیا123، دی پولو124 و وانگ125 گزارش شده است [84-86]. به طور کلی می‌توان نتیجه گرفت که نانو کامپوزیت‌ها همیشه خواص را نسبت به کامپوزیت‌های متداول بهبود نمی‌دهند و در حقیقت پخش ضعیف نانو ذرات خاک رس در فاز ماتریس، می‌تواند منجر به تضعیف خواص مکانیکی کامپوزیت شود [83].
ج-بررسی استحکام ضربه با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی
تغییرات استحکام ضربه نانو کامپوزیت‌ها در درصد‌های مختلف از نانو ذرات خاک رس در شکل‌4-13 نشان داده شده است. همان‌طور که از شکل استنباط می‌شود، افزایش غلظت نانو ذرات خاک رس بر استحکام ضربه نانو کامپوزیت‌ها موثر بوده و بیشینه خواص آن‌ها در غلظت 3 درصد (J/m 10) حاصل می‌شود که حدود 25 درصد نسبت به رزین خالص افزایش دارد و این در حالی است که با افزایش غلظت نانو ذرات درون ماتریس در درصدهای وزنی بالاتر، خواص ضربه کاهش می‌یابد. روند افزایش خواص ضربه با افزایش غلظت نانو ذرات را می‌توان به حضور صفحات درهم رفته و ورقه ورقه شده در سیستم ربط داد. همانطورکه‌ در شکل 4-14 به طور شماتیک نشان داده شده است، صفحات پراکنده شده نانو ذرات خاک رس با متوقف کردن و تغییر مسیر ترک‌های ناشی از ضربه، امکان انتشار ترک را کمتر نموده، بنابراین استحکام ضربه نمونه‌ها را افزایش می‌دهد. به عبارت دیگر می‌توان گفت که لایه‌های نانو ذرات که سفتی و استحکام بالاتری نسبت به ماتریس دارند، با تغییر مسیر ترک‌ها و طولانی‌تر شدن مسیر آن‌ها استحکام ضربه نانو کامپوزیت را بهبود می‌دهند. در ضمن حضور ذرات پراکنده نانو ذرات در رزین با بالاتر بردن مدول نمونه‌ها، مرحله آغاز یا ایجاد ترک را به تأخیر انداخته و استحکام نمونه‌ها افزایش می‌یابد. افت خواص در غلظت‌های بیش از 3 درصد را می‌توان چنین توجیه نمود که حضور برخی صفحات نانو ذرات که همچنان به صورت درهم رفته باقی مانده‌اند به عنوان نقاط تمرکز تنش در میان مناطق ورقه‌ای شده عمل نموده و باعث نقص در سیستم و نهایتاً کاهش خواص ضربه می‌شوند.
شکل 4-13 : تغییرات مقاومت در برابر ضربه نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات خاک رس از 0 تا 10 درصد وزنی
شکل 4-14: تصویر شماتیک مکانیزم افزایش استحکام ضربه در نانو کامپوزیت‌های حاوی نانو ذرات
(a) صفحات نانو ذرات به عنوان متوقف کننده ترک، و (b) صفحات نانو ذرات به عنوان تغییر دهنده و افزایش مسیر رشد ترک
توجیه دیگری که می‌توان در رابطه با نتایج بدست آمده بیان نمود، مستقیماً به پخش یکسان نانو ذرات خاک رس در فاز ماتریس ارتباط داده می‌شود که منجر به سازگاری بهتر با فاز ماتریس می‌شود و به عنوان عامل چقرمه کننده کامپوزیت ایفای نقش می‌کند. بنابراین در غلظت 3 درصد وزنی نانو ذرات خاک رس، ماتریس هم‌زمان مستحکم و چقرمه می‌شود[23]. همچنین در درصدهای وزنی بالاتر، به‌علت احتمال وجود توده‌های صفحات نانو ذرات، کاهش استحکام ضربه می تواند قابل توجیه باشد.
ریز نگارهای میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه‌‌هایRP، RP+3N و RP+7N به ترتیب در شکل‌‌های 4-15الی 4-17 نشان داده شده است. در این ریز نگارها، تکه‌های شکست با محدوده خط سفید رنگ مشخص می‌باشد که ناهمواری در سطح شکست ناشی از حضور صفحات نانو ذرات خاک رس را به وضوح نشان می‌دهد. همان‌طور که از این تصاویر مشخص است، سطح شکست برای نمونه بدون نانو ذرات (RP) توأم با لبه‌های تیز بوده است که با افزایش غلظت نانو ذرات در نمونه‌ حاوی 3 درصد وزنی نانو ذرات (RP+3N)، با تغییر در الگوی شکست، شکست همراه با لبه‌های با زوایای کمتر به همراه سطح بیشتر اتفاق افتاده است و این مطلب را می‌رساند که نیروی بیشتری صرف کرنش بیشتر نمونه و نهایتاً افزایش انرژی جهت شکست شده که می‌تواند تأییدی بر افزایش ازدیاد طول تا 3 درصد وزنی نانو ذرات خاک رس نیز باشد (به جدول 4-1 رجوع شود). همچنین با مشاهده سطح شکست نمونه حاوی 7 درصد وزنی نانو ذرات (RP+7N)، دیده شده که الگوی شکست همانند نمونه RP است که این بدان معنی می‌تواند باشد که انرژی کمتری صرف شکست شده است که این موضوع می‌تواند موید کاهش ازدیاد طول در نقطه شکست برای این نمونه باشد ( به جدول 4-1 رجوع شود). در نمونهRP+3N به نظر می‌رسد که نانو ذرات در رزین همانند خطوط پیوسته یک شبکه عمل می‌کنند، بنابراین افزودن این صفحات نانو ذره به رزین، منجر به قفل شدن زنجیرهای شبکه‌ای رزین با صفحات نانو ذره می‌شود که منجر به سفت شدن سیستم می شود.
شکل 4-15: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه RP
شکل 4-16: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه RP+3N
شکل 4-17: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه RP+7N
د-جذب آب
میزان جذب آب نانو کامپوزیت‌ها با افزایش درصد نانو ذرات در شکل 4-18 نشان داده شده است. همان‌طور که مشاهده می‌شود در درصد‌های وزنی پایین نانو ذرات (5/0، 5/1 و 3) جذب آب نسبت به ماتریس بدون نانو ذرات افت چشمگیری نشان می‌دهد، حال آنکه در درصد‌های بالاتر (5، 7 و 10)، میزان جذب آب با نسبت کمتری کاهش می‌یابد. با افزایش نانو ذرات جذب آب کامپوزیت به طور محسوس کاهش می‌یابد که وابستگی بسیار زیاد جذب آب را به غلظت نانو ذرات نشان می‌دهد. همچنین با توجه به آنکه افزودن صفحات ورقه شده نانو ذرات به رزین سطح مشترک رزین و صفحات نانو ذرات را افزایش می‌دهد سطح تماس قطرات آب با رزین کاهش یافته و باعث افت در میزان جذب آب نسبت به رزین خالص می‌شود.
نمودار 4-18 : تغییرات جذب آب نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات خاک رس از 0 تا 10 درصد وزنی
ه-نتایج آزمون تعیین سختی
به منظور بررسی اثرات حضور نانو ذرات در سختی نمونه‌ها و همچنین از آنجا که یکی از معیارهای کمی برای تعیین میزان یکنواختی اتصالات عرضی در داخل و خارج از صفحات نانو ذرات و به طور کلی کامل بودن پخت، میزان سختی نمونه‌ها بعد از پخت ثانویه می‌باشد این آزمون انجام شد. در شکل 4-19 نتایج آزمون اندازه‌گیری سختیِ نمونه‌های با و بدون نانو ذرات نشان داده شده است. با توجه به خطای آزمون، می توان گفت سختی تمامی نمونه‌ها مشابه و تقریباً یکسان است که این موضوع پخت کامل و یکسان نمونه‌‌های با و بدون نانو ذرات را نشان می‌دهد. در این زمینه نتایج مشابهی نیز توسط محققان دیگر گزارش شده است [87]. ثبات در میزان سختی با افزایش درصد وزنی نانو ذرات، می تواند نشان دهنده‌ی یکسان بودن چگالی اتصالات عرضی در خارج و داخل صفحات نانو رس است.
نمودار 4-19 : تغییرات سختی بارکول نانو کامپوزیت‌ها با افزایش نانو ذرات خاک رس از 0 تا 10 درصد وزنی
و-نتایج آزمون تعیین سرعت سوختن
شکل 4-20 شماتیک طول پیموده شده جهت سوختن نمونه‌‌های حاوی 0 تا 10 درصد وزنی نانو ذرات خاک رس را نشان می‌دهد و همان‌طور که مشاهده می‌شود هیچ کدام از نمونه‌ها به طور کامل تا انتها به سوختن ادامه نداده است و نتیجتاً سرعت سوختن برای هیچ یک

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   منابع و ماخذ پایان نامه دو قطبی، دینامیکی، علم و تکنولوژی، مدل ساختاری
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید