بررسي اثر نانوساختار آيروژل كربني بر خواص فصل مشترك كامپوزيت سه جزئي الياف بازالت/ اپوكسي/ آيروژل كربن

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

كارشناسي ارشد

هواژل (آيروژل)، يكي از انواع مواد متخلخل‌ است كه طي فرآيند سل‌-ژل، جزء مايع‌ سوسپانسيون با گاز جايگزين‌ شده و بدون فروپاشي‌ منافذ به¬صورت يك‌ نانوساختار با حجم هواي بيش از 90% به¬دست مي¬آيد. امروزه، استفاده از انواع مختلف هواژل در كامپوزيت¬هاي پليمري رشد و گسترش بسياري يافته¬است. يكي از انواع هواژل¬ها، هواژل¬هاي كربني هستند كه به¬دليل خواص فيزيكي و شيميايي خاص خود در كامپوزيت¬هاي پليمري مورد توجه قرار گرفته¬اند. علي رغم پژوهش¬هاي گسترده در زمينه بهبود خواص سطحي هواژل¬هاي كربني، تا كنون هواژل¬هاي كربني‌ اصلاح¬شده با مواد سيلاني به¬عنوان پوشش الياف بازالت مورد مطالعه قرار نگرفته¬است. هدف اصلي اين‌ پژوهش‌، سنتز ذرات هواژل كربني‌ ¬و اصلاح سطح‌ آن¬ها با پوشش سيلاني‌ و كاربرد آن¬ها به‌عنوان تقويت‌كننده در كامپوزيت¬هاي اپوكسي/الياف بازالت است‌. در ادامه‌ تاثير متغيرهاي مختلف ساختاري شامل‌ اندازه و توزيع‌ حفرات، سطح‌ مخصوص و گروه¬هاي عاملي‌ سطحي‌ بر خواص بلانكت¬هاي دو جزئي و خواص مكانيكي‌ كامپوزيت¬هاي ليفي‌ بررسي‌ مي¬شود. از اين رو، دو عامل‌ به‌عنوان متغير اصلي در نظر گرفته‌ شد: عامل‌ اول، تغيير در خواص فيزيكي‌، شيميايي‌ و ساختاري هواژل و عامل‌ دوم، تغيير در غلظت‌ ذرات هواژل كربني‌ است‌. ابتدا، در ساختار هواژل از اصلاح شيميايي سطح‌ توسط‌ ماده جفت‌كننده سيلاني‌ استفاده شد. ماده سيلاني، با ايجاد اتصال شيميايي‌ و‌ نفوذ مولكولي‌ سبب‌ افزايش‌ چسبندگي‌ ميان هواژل و پليمر زمينه‌ كامپوزيت (رزين اپوكسي) مي¬شود. . از اين رو، سه نوع تقويت كننده ذره¬اي شامل هواژل كربني‌ خام، هواژل كربني اصلاح شده با سيلان و هواژل ذره¬اي اصلاح شده با سيلان در محيط خلاء تهيه شد. سپس، غلظت¬هاي مختلف‌ تقويت كننده¬هاي ذره¬اي شامل مقادير 0/1 ، 0/3 و 0/5 درصد وزني‌-وزني‌ هواژل بر روي الياف بازالت مورد بررسي قرار گرفت و پس‌ از تشكيل بلانكت¬ها‌، كامپوزيت¬هاي ليفي‌ نهايي‌ با استفاده از فرآيند تزريق به¬كمك خلا (VIP ) تهيه شدند. براي بررسي‌ ساختار فيزيكي، شيميايي و مورفولوژي‌ هواژل¬ها از آزمايش‌ جذب و واجذب گاز نيتروژن، طيف‌ سنجي‌ تبديل‌ فوريه‌ (FTIR) و ميكروسكوپ الكتروني‌ روبشي‌ (FESEM) استفاده شد. نتايج‌ نشان دادند كه تمامي هواژل¬ها تخلخل‌ بالاي 90% دارند. هواژل كربني‌ خام، اصلاح شده با سيلان و اصلاح شده با سيلان در محيط خلاء به‌ ترتيب‌ با دانسيته‌0/2g/cm3، 0/18 و 0/19 و سطح‌ مخصوص m2/g 416/4 ،632/38 و 603/77 مشخصه¬يابي شدند. مورفولوژي سطح‌ مقطع بلانكت¬ها و سطح‌ مقطع شكست‌ كامپوزيت¬هاي ليفي‌ با FESEM و زبري سنجي مورد مطالعه قرار گرفتند. خواص مكانيكي‌ نمونه‌ها نيز به‌ كمك‌ آزمايش‌هاي كششي‌، خمشي‌ و پانچ‌ برشي‌ مورد بررسي قرار گرفتند. به‌¬طور كلي‌ نتايج‌ آزمايش‌هاي مكانيكي‌ نشان دادند كه حضور هر سه‌ نوع هواژل بر سطح الياف بازالت سبب‌ بهبود خواص نمونه‌هاي كامپوزيتي‌ نسبت‌ به‌ نمونه‌هاي فاقد تقويت كننده ذره¬اي شده است‌. به‌ طوري¬كه‌ آزمايش‌هاي كشش‌ بهبود خواص استحكام كششي تا ‌39% و افزايش مدول كششي تا 12% را براي نمونه‌هاي كامپوزيت‌ ليفي‌، نشان دادند. اين‌ نتايج‌ به‌ دليل‌ افزايش‌ چسبندگي و سطح‌ تماس بين‌ تقويت‌كننده ليفي و پليمر به¬دليل افزايش زبري سطح است‌ كه‌ منجر به‌ افزايش‌ موثر انتقال بار از زمينه‌ به‌ ليف مي¬باشد. از طرفي‌ نفوذ زنجيرهاي پليمري به¬ درون ساختار متخلخل‌ سه‌¬بعدي هواژل باعث‌ افزايش بيشتر چسبندگي و جذب نيروي خارجي‌ اعمال شده مي¬شود كه‌ در نهايت‌ خواص كامپوزيت را بهبود مي¬بخشد. از سوي ديگر، افزايش غلظت هواژل به‌ دليل‌ تمايل‌ ذرات به چسبيدن به‌ يكديگر، تجمع‌ و كلوخه‌اي شدن رخ مي‌دهد و سبب‌ افت‌ خواص مي‌گردد. علاوه بر اين، توزيع نايكنواخت ذرات بر روي الياف نيز علت ديگر افت خواص مي¬باشد. در اين پژوهش، بهبود خواص كامپوزيت به دو ويژگي درگيري فيزيكي‌ و مكانيكي‌ بين‌ تقويت‌كننده و پليمر زمينه‌ و همچنين درگيري شيميايي‌ با استفاده از ايجاد گروه¬هاي عاملي‌ بر سطح هواژل كربني‌ طي عمليات اصلاح سطح‌ نسبت‌ داده مي¬شود.

236873

الياف پليمري

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان