ساخت و مشخصه يابي ميكرو -كامپوزيت ترموپلاستيك لمينت پارچه الياف كربن بر پايه آكريلونيتريل بوتاديِن استايرِن/كربن سياه/ الياف طبيعي كنف

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

در سال‌هاي اخير، توسعه كامپوزيت‌هاي پليمري پيشرفته با هدف دستيابي هم‌زمان به وزن كم، استحكام بالا، قابليت شكل‌دهي مناسب و امكان بازيافت، به يكي از حوزه‌هاي مهم پژوهشي در مهندسي مواد و مهندسي مكانيك تبديل شده است. در اين ميان، كامپوزيت‌هاي گرماسخت تقويت‌شده با الياف اگرچه از خواص مكانيكي مطلوبي برخوردارند، اما به دليل محدوديت در بازيافت و فرآيندپذيري، توجه به كامپوزيت‌هاي گرمانرم بيش از پيش افزايش يافته است. در پژوهش حاضر، ساخت و ارزيابي ورق‌هاي ميكروكامپوزيتي گرمانرم بر پايه آكريلونيتريل بوتادين استايرن (ABS) و پلي‌اتيلن (PE)، تقويت‌شده با كربن‌بلك، الياف كنف و الياف شيشه، مورد بررسي قرار گرفت. هدف اصلي تحقيق، بهبود خواص مكانيكي اين پليمرها و ارائه ساختاري مناسب براي كاربردهاي صنعتي سبك‌وزن بود. نمونه‌ها با استفاده از سامانه فرآيند ذوبي تحت انرژي برشي حرارت (دستگاه كلندرينگ) ساخته شدند. در اين فرآيند، درصدهاي مختلف كربن‌بلك شامل 5، 10 و 15 درصد وزني به‌صورت مستقل يا همراه با الياف كنف و شيشه به ماتريس افزوده شد. سپس آزمون‌هاي كشش مطابق استاندارد ASTM D638، آزمون ضربه آيزود مطابق ASTM D256، آزمون ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و پراش پرتو ايكس (XRD) براي تحليل خواص مكانيكي و ريزساختار انجام شد. نتايج نشان داد نمونه خالص ABS داراي مدول كششي حدود 8/11 مگاپاسكال و با افزودن تقويت‌كننده‌ها اين مقدار افزايش يافت. در تركيب‌هاي حاوي الياف شيشه، بيشترين افزايش مدول مشاهده شد و در برخي نمونه‌ها مقدار مدول به حدود 18 تا 20 مگاپاسكال رسيد كه بيانگر رشد قابل توجه سختي ماده نسبت به نمونه پايه است. در سامانه‌هاي بر پايه پلي‌اتيلن نيز مدول كششي نسبت به نمونه خالص افزايش يافت و در تركيبات حاوي الياف شيشه و كربن‌بلك، مقادير حدود 10 تا 12 مگاپاسكال ثبت شد. در آزمون ضربه، نمونه خالص ABS مقاومتي در حدود 82 ژول بر متر از خود نشان داد. افزودن هم‌زمان كربن‌بلك و الياف كنف سبب افزايش محسوس اين مقدار شد و در برخي نمونه‌هاي هيبريدي مقاومت ضربه به بيش از 200 ژول بر متر رسيد. همچنين در تركيب‌هاي سه‌جزئي شامل ABS، كربن‌بلك، كنف و شيشه، بيشترين مقادير مقاومت ضربه در محدوده حدود 300 تا 340 ژول بر متر مشاهده شد كه چندين برابر نمونه خالص است. اين نتايج نشان‌دهنده نقش مؤثر سازوكارهاي جذب انرژي ناشي از پل‌زني الياف، انحراف ترك و توزيع مناسب تنش در ساختار هيبريدي است. بررسي تصاوير SEM نشان داد هرچه پراكندگي ذرات كربن‌بلك يكنواخت‌تر و چسبندگي بين الياف و ماتريس بهتر باشد، انتقال تنش كارآمدتر شده و شكست به‌صورت منسجم‌تري رخ مي‌دهد. نتايج XRD نيز نشان داد اغلب نمونه‌ها ساختار غالباً آمورف خود را حفظ كرده‌اند و تغييرات مشاهده‌شده بيشتر ناشي از برهم‌كنش‌هاي بين‌فازي و بهبود نظم كوتاه‌بُرد بوده است. در مجموع، نتايج اين پژوهش نشان داد استفاده هم‌زمان از كربن‌بلك، الياف شيشه و الياف كنف در ماتريس‌هاي گرمانرم، مي‌تواند استحكام، مدول و مقاومت ضربه را به‌صورت معني‌داري افزايش دهد. همچنين فرآيند كلندرينگ روشي مناسب و اقتصادي براي توليد اين ورق‌هاي كامپوزيتي محسوب مي‌شود و امكان كاربرد آن‌ها در صنايع خودرو، ساختمان، تجهيزات محافظ و قطعات سبك‌وزن مهندسي وجود دارد.

238262

ساخت و توليد

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان