) نمونه FRSTN (پ) تصویر تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش آلومینیوم) نمونه FRSTN (با بزرگنمایی 20‌میکرومتر)
77
شکل 4-26 : نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده نمونه FRSTN مبنی بر وجود عامل سیلانی در الیاف و نانو ذرات در ماتریس رزینی
77
شکل 4-27 : تغییرات استحکام و مدول کششی نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس
78
شکل 4-28 : شماتیک فصل مشترک به وجود آمده پس از اعمال عامل اصلاح کننده سیلانی بین اجزاء کامپوزیت
79
شکل 4-29 : تغییرات مقاومت در برابر ضربه کامپوزیت و نانوکامپوزیت‌‌های هیبریدی
82
شکل 4-30: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRP در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)
83
شکل 4-31: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRST در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)
83
شکل 4-32: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRSTN در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)
84
شکل 4-33 : تغییرات استحکام و مدول خمشی نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس
85
شکل 4-34 : تغییرات جذب آب کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس
86
فهرست جداول
جدول
صفحه
جدول 2-1 : خواص الیاف فلاکس در مقایسه با الیاف شیشه
9
جدول 2-2 : تعدادی از سیلان‌ها و محدوده کاربرد آن‌ها
13
جدول 2-3 : چند نمونه از ترکیبات سیلانی با گروه آلی متفاوت
13
جدول 3-1 : خواص رزین مایع در دمایدC 25
37
جدول 3-2 : ترکیب درصد سیستم پخت نسبت به ماتریس پلیمری
38
جدول 3-3 : خواص نانو ذره مورد استفاده
38
جدول 3-4: ترکیب درصد اجزای شیمیایی و خواص مشخصه الیاف کتان مصرفی
39
جدول 3-5: مقایسه خواص الیاف فلاکس و الیاف شیشه
40
جدول 3-6 : نام اختصاری فرمولاسیون‌های تهیه شده از مخلوط رزین و نانو ذرات خاک رس
43
جدول 3-7 : نام اختصاری فرمولاسیون‌های متفاوت از کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تهیه شده در فاز دوم
50
جدول 4-1 : تغییرات ازدیاد طول در نقطه شکست نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات از 0 تا 10 درصد وزنی
63
جدول 4-2 : تغییرات ازدیاد طول در نقطه شکست کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌ها هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس
81
چکیده
به دلیل ویسکوزیته پایین و خواص ضد اشتعال و پخت نسبتاً آسان، رزین‌‌های یورتان-اکریلات مورد توجه می‌باشند. از طرفی الیاف طبیعی با منابع تجدید شونده، قیمت پایین، دانسیته کم و خواص ویژه بالا، از قابلیت ویژه‌ای برای استفاده در کامپوزیت‌ها برخوردار می‌باشد. اما جذب رطوبت نسبتاً زیاد و آتش گیر بودن آن‌ها، در مقایسه با الیاف کربن و شیشه، کاربری آن‌ها را محدود نموده است. تلفیق رزین یورتان-اکریلات با الیاف طبیعی می‌تواند خواص خوبی به لحاظ فیزیکی و مکانیکی ایجاد نماید. از طرفی حضور ذرات در ابعاد نانو می‌تواند بر خواص مکانیکی، حرارتی و جذب آب آن‌ها اثرات مطلوبی داشته باشد. در فاز اول این پروژه رزین یورتان-اکریلات (Modar) با نانو رس در درصد‌های وزنی مختلف با استفاده از هموژنایزر و حمام اولتراسونیک تلفیق شد. ساخت نمونه‌‌های مورد نیاز جهت انجام آزمون‌های فیزیکی و مکانیکی با استفاده از قالب سیلیکونی و به روش ریخته‌گری انجام شد. پخش نانو ذرات با استفاده از تکنیک‌های TEM، XRD و اندازه‌گیری ویسکوزیته بررسی شد. خواص مکانیکی شامل (کشش، خمش و ضربه) و خواص فیزیکی نانو کامپوزیت‌های حاصله شامل (سختی، سرعت سوختن و جذب آب) مورد بررسی قرار گرفت.
در فاز دوم تحقیق، الیاف طبیعی فلاکس توسط عامل اتصال دهنده سیلانی با نام تری اتو کسی وینیل سیلان آماده سازی شد. با این توصیف به جهت مشاهده اثر عامل اتصال دهنده سیلانی و همچنین پخش نانو ذرات خاک رس در کامپوزیت و نانوکامپوزیت‌‌های هیبریدی حاصله، این بخش از پروژه به سه قسمت تقسیم شد: در قسمت اول، کامپوزیت‌‌های بر پایه رزین یورتان-اکریلات تقویت شده با الیاف اصلاح نشده (FRP) تهیه شد تا با ورود عامل اتصال دهنده سیلانی در قسمت دوم، اثر بهبود فصل مشترک در خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف سیلانی اصلاح شده (FRST) مورد بررسی قرار گیرد. در قسمت سوم نیز به منظور تأثیر نانو ذرات خاک رس بر خواص فیزیکی و مکانیکی نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس اصلاح شده (FRSTN)، از نانو کامپوزیت حاوی 3درصد وزنی نانو کلی که در فاز اول به لحاظ تکنیک‌های شناسایی و خواص به عنوان بهینه‌ترین فرمولاسیون انتخاب شده بود به عنوان فاز ماتریس مورد استفاده قرار گرفت. کامپوزیت‌ها و نانو کامپوزیت‌‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف اصلاح شده و اصلاح نشده توسط فرآیند قالب‌گیری رزین تحت خلاً تهیه شد. بهبود فصل مشترک کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌های هیبریدی فوق به وسیله عامل اتصال دهنده سیلانی توسط تصاویر SEM دنبال شد. وجود نانو ذرات خاک رس و عامل اتصال دهنده سیلانی به ترتیب در ماتریس پلیمری و سطح الیاف طبیعی، توسط تکنیک‌ EDXA بررسی شد. در انتها خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تهیه شده در فاز دوم اندازه‌گیری شد و اثرات عامل اتصال دهنده سیلانی و نانو ذرات خاک رس در آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج نشان داد که افزودن نانو ذرات خاک رس در بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت‌های تهیه شده در فاز اول موثر بوده که بهینه‌ترین خواص، در نانو کامپوزیت‌های حاوی 3 درصد وزنی نانو ذرات خاک رس مشاهده شده است. همچنین مشاهده شده که اصلاح الیاف کتان، توسط تری اتوکسی وینیل سیلان و پس از آن افزودن نانو ذرات به کامپوزیت‌های اصلاح شده، خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف در فاز دوم را بهبود داده است.
1 فصل اول : مقدمه
در تهیه قطعات مهندسی، همواره وزن کم و در عین حال خواص مکانیکی بالا از ارجحیت برخوردار بوده است و به همین دلیل هم از دیر باز کامپوزیت‌ها مورد توجه بوده‌اند و روز به روز تحقیقات در زمینه آن‌ها در حال گسترش می‌باشد. با توجه به اینکه در سال‌های اخیر فناوری نانو مورد توجه بسیار قرار گرفته است، نانو کامپوزیت‌ها نیز شاخه نسبتاً جدیدی از کامپوزیت‌ها را به خود اختصاص داده‌اند.
1-1-کامپوزیت‌ها
کامپوزیت‌ها مواد پیشرفته‌ای هستند که از دو یا چند ماده یا فاز که دارای برهم کنش‌‌های فیزیکی و یا شیمیایی، در سطح مولکولی یا اتمی با یکدیگر می‌باشند، تشکیل شده‌اند. روش‌های متنوع و زیادی برای ترکیب مواد و یا فاز‌های مختلف وجود دارد که شامل: اختلاط، آمیزه سازی، هم زدن، ذوب کردن و کنار هم چیدن است. از هر جزء مشخص در کامپوزیت‌ها، برای ایجاد خواصی مطلوب که در هیچ یک از مواد به کار رفته در ترکیب، به تنهایی وجود ندارد، استفاده می‌شود. یک کامپوزیت شامل حداقل دو فاز پیوسته (ماتریس) و ناپیوسته‌ (الیاف) است. امروزه کامپوزیت‌ها در محدوده وسیعی از کاربردها از جمله در زمینه‌هایی نظیر حمل و نقل، ابزار آلات، الکترونیک و محصولات دیگر به کار می‌روند.
کامپوزیت‌ها علیرغم داشتن مزایایی نظیر هزینه‌ی کم، مدول و مقاومت کششی بالا، اغلب باعث کاهش وضوح نوری و شفافیت و صافی سطح محصولات تهیه شده و در پاره‌ای از موارد موجب شکننده شدن پلیمر می‌گردند.
فناوری نانو و تولید مواد در ابعاد نانومتری موضوع تحقیقاتی جالبی است که توجه بسیاری از محققین را به خود معطوف داشته است. زمینه نانو کامپوزیت‌های پلیمری نیز به عنوان یکی از شاخه‌های این فناوری جدید، در سال‌های اخیر اهمیت ویژه‌ای یافته است و یکی از شاخه‌های تحقیقاتی فعال به شمار می‌آید.
1-2-نانو فناوری
نانو فناوری یکی از شاخه‌های نسبتاً جدید علوم است که با سرعت زیادی در حال رشد و شکوفایی است. نانو فناوری عبارت است از توسعه تحقیقات و فناوری در سطوح اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی با طول تقریبی یک الی صد نانومتر، برای فراهم آوردن شناخت اصولی از پدیده‌ها و مواد در مقیاس نانو و با هدف ایجاد و استفاده از ساختارها، قطعات و سامانه‏‌هایی که به خاطر اندازه کوچک و یا متوسط خود خواص کاربردی جدیدی دارند[1]. این فناوری کاربرد‌های بدیعی را در صنایع مختلف پیدا کرده و طیف وسیعی از محصولات را پوشش می‌دهد، از کاربرد‌های بسیار پیشرفته هوا فضا گرفته تا لوازم روزمره زندگی مانند لباس و پوشاک. مفاهیم جدید نانو فناوری چنان گسترده شده‏اند که دیگر به سختی می‏توان همه آن‌ها را در یک جا ذکر کرد و علی رغم اینکه این فناوری مفهوم جدیدی در صنعت می‏باشد در برخی موارد مانند فناوری اطلاعات و یا هوا فضا مفهومی غیرقابل چشم‏پوشی است. دلیل اهمیت وافر و روز افزون این مفهوم تازه را می‏توان در این واقعیت یافت که با ایجاد ساختار‌های نانومتری، کنترل خصوصیات مهم مواد چون دمای ذوب، رفتار مغناطیسی و حتی رنگ آن‌ها، بدون تغییر در ترکیب شیمیایی آن‌ها، ممکن خواهد بود[1].
کارایی هر سازه وابسته به خواص مواد تشکیل دهنده آن است و خواص مواد نیز کاملاً وابسته به ساختار اتمی و مولکولی، ترکیب، ساختار میکروسکوپی، عیوب و سطوح مشترک ذرات آن است. یکی از دلایل خواص منحصر به فردی که این ذرات از خود نشان می‌دهند سطح بسیار بالای آن‌هاست، زیرا با کاهش اندازه و شعاع ذرات، سطح آن‌ها به شدت زیاد شده و به طبع آن نسبت سطح به حجم شدیداً افزایش می‌یابد ( این اثر در شکل 1-1 نمایش داده شده است). از دیگر مزایای مواد در این ابعاد را می‏توان به غیر قابل مشاهده بودن آن‌ها تحت نور مرئی اشاره کرد. زیرا بر اساس تئوری Mei [1] چنانچه ابعاد ذرات کمتر از نصف طول موج نور مرئی (کمتر از 200 نانومتر) باشد پرتو‌های نوری بدون تفرق یا انعکاس از ذره عبور می‏کنند، بدین ترتیب می‌توان از این ذرات برای ایجاد خواصی جدید بدون تأثیر بر خواص نوری ماده اولیه استفاده کرد.
1-3-نانو کامپوزیت‌ها
1-3-1-تاریخچه تهیه و استفاده از نانو کامپوزیت‌ها
در سال 1959 ریچارد فاینمن برنده جایزه نوبل فیزیک در سخنرانی خود در دانشگاه کالیفرنیا این پرسش را مطرح کرد که: “اگر بتوان اتم‌ها را یک به یک به گونه‌ای که می‌خواهیم مرتب کنیم چه پیش خواهد آمد؟”. این پرسش منشاً تئوری خلق نانوتکنولوژی مدرن و علم نانو بود. توسعه میکروسکوپ نیروی اتمی1 و میکروسکوپ مجرا زن الکترونی روبشی2 توسط IBM در دهه 80 دیگر دلیل پیشرفت این علم بود. اختراع میکروسکوپ‌های روبشی با Nanoprobe نیز در 20 سال اخیر توسعه نانوتکنولوژی و علم نانو را سریع‌تر کرده است .
در سال 1992 نخستین مجله علمی درباره مواد نانو به نام مواد با ساختار نانو به چاپ رسید. در دهه‌های 80 و 90 تهیه نانو تیوب‌های کربنی و باکی بال C60 محرکی دیگر در علم و تکنولوژی نانو بود. از سوی دیگر، بحث‌ها و اطلاعات بسیاری در مورد روش‌های شیمیایی برای آماده سازی نانو ذرات، نانو پودرها و مواد در مقیاس نانو در مقالات و کتاب‌های یک قرن گذشته به آسانی قابل دسترسی است. این مسئله ثابت می‌کند که مفاهیمی همچون نانو سایز، نانو مقیاس و علم نانو برای بیش از یک‌صد سال شناخته شده است.
1-3-2-معرفی نانو کامپوزیت‌ها
واژه نانو کامپوزیت به مواد ترکیبی اطلاق می‌شود که حداقل یکی از ابعاد فاز پُرکننده در مقیاس نانومتری (9-10 متر)

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   منبع پایان نامه ارشد درباره لوازم آرایشی، گیاهان دارویی، ایران باستان، صنایع غذایی
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید