18183

15845

كارشناسي ارشد

ساخت و توليد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1395

پانزده، 130ص.: مصور، جدول، نمودار

1401/11/01

كتابنامه

مكانيك

مهندسي مكانيك

1401/11/08

111111

چكيده در سال¬هاي اخير استفاده از كامپوزيت‌ها به منظور كاهش وزن سازه‌ها و قطعات مهندسي رايج شده است. يكي از انواع كامپوزيت‌ها، استفاده از هيبريد فلز و پليمر در كنار يكديگر است. اين تكنولوژي اين امكان را فراهم مي‌آورد تا خواص هر دو جنس به‌طور همزمان در يك قطعه مورد استفاده قرار گيرد. يكي از چالش‌هاي اين تكنولوژي در نحوه اتصال فلز به پليمر مي‌باشد بصورتي كه روش اتصال داراي ويژگي‌هايي همچون قيمت كم، عدم ايجاد تنش‌هاي پسماند حرارتي و مكانيكي، عدم ايجاد تمركز تنش در نمونه، يكنواختي اتصال و مناسب خط توليد باشد. در اين تحقيق جهت اتصال پلي‌آميد6 به فولاد زنگ‌نزن از واكنش بين گروه‌هاي ايزوسيانات و گروه‌هاي هيدروكسيل استفاده شده است كه ويژگي‌هاي گفته شده را دارا مي‌باشد. يكي از مهم‌ترين ويژگي كه در نمونه هيبريد فلز و پليمري بايد در نظر گرفته شود، حد استحكام اتصال بين فلز و پليمر مي‌باشد. به همين منظور تاثير پارامترهايي همچون نسبت بين گروه‌هاي ايزوسيانات و هيدروكسيل، دماي قالب و دماي مذاب پليمر بر استحكام اتصال طبق آزمون برشي لبه مورد بررسي قرار گرفت. در ادامه نمونه‌هاي آزمون كشش و خمش براساس پارامترهايي كه بيشينه استحكام اتصال را ايجاد مي‌كنند، ساخته شدند و رفتار نمونه در آزمون كشش و خمش مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاكي از آن است كه با افزايش دماي قالب و يا دماي مذاب پليمري استحكام اتصال كاهش پيدا مي‌كند و با افزايش نسبت بين گروه‌هاي ايزوسيانات و هيدروكسيل اين استحكام تا نقطه‌اي افزايش و از آن به بعد كاهش پيدا مي‌كند. همچنين با افزايش اين نسبت رفتار اتصال از نرمي به سمت ترد شدن ميل مي‌كند. در رفتار نمونه هيبريد در آزمون كشش نيز مشاهده گرديد كه پليمر باعث به تعويق افتادن پديده گلويي‌شدن در فلز و درنتيجه افزايش شكل‌پذيري فلز شده است. ميزان اعوجاج ايجاد شده در نمونه هيبريد هنگام خروج از قالب و رفتار آن در آزمون خمش سه‌نقطه‌اي نيز مورد شبيه‌سازي قرار گرفت. شبيه‌سازي توسط نرم‌افزار‌هاي آباكوس و مولدفلو صورت پذيرفت. بدين صورت كه نمونه پليمري در نرم‌افزار مولد فلو مورد تحليل جريان قرار گرفت و سپس اين نمونه به همراه تنش‌هاي ايجاد شده در آن وارد نرم‌افزار آباكوس شده و به فلز اتصال داده شد. در اين نرم‌افزار نمونه تا دماي محيط با خواص ويسكوالاستيك سرد گرديد و پس از ايجاد اعوجاج در آن مورد آزمون خمش سه‌نقطه‌اي قرار گرفت. خواص ويسكو‌الاستيك پليمر توسط آزمون رهايي از تنش بدست آمد. تماس بين دو لايه فلز و پليمر در نرم‌افزار آباكوس بصورت تماس چسبنده تعريف گرديد كه خواص اين تماس نظير سفتي، بيشينه استحكام بين ‌لايه‌اي و چقرمگي شكست براي هر سه مود اصلي شكست توسط آزمون تجربي و شبيه‌سازي محاسبه گرديد. با مقايسه ميزان اعوجاج نمونه تجربي با شبيه‌سازي خطاي 5 درصد و با مقايسه مدول خمشي نمونه تجربي با شبيه‌سازي خطاي 9 درصد قابل مشاهده مي‌باشد. كلمات كليدي: اتصال فلز به پليمر، TDI، پلي‌اُل، تماس چسبنده، ويسكوالاستيك، تزريق پلاستيك

Abstract In the recent years, use of composites has been developed to reduce the weight of the structure. One type of composites is hybrid of polymer-metal. This new material allows properties of both materials to be used in one piece simultaneously. In this research, reaction between isocyanate and hydroxyl groups was used for joining polyamide6 to stainless steel. The bond strength between metal and polymer is one of the most important features in polymer-metal hybrid. So, effect of parameters such as ratio between isocyanate and hydroxyl groups, polymer melt temperature and mold temperature on bond strength is investigated through single shear lap test. Moreover, tensile and bending test samples were fabricated based on maximum bond strength. The results show that bond strength decreases by increasing mold temperature or polymer melt temperature and reaches to a peak then lower by raising proportion of the isocyanate and hydroxyl groups. Furthermore, hybrid behavior in the tensile test shows that polymer postponed phenomenon of necking in metal. Created warpage in the hybrid specimen removed from the mold and also its behavior in three point bending test were simulated using Abaqus and Moldflow softwares. Flow analysis is carried out on the polymer layer in Moldflow, then to conduct the subsequent thermo-mechanical analysis of the residual-stress development and hybrid warping, the following results obtained using Moldflow were passed to Abaqus. The hybrid specimen is cooled to room temperature with viscoelastic properties and three point bending is carried out after considering warpage effect on the hybrid. Viscoelastic properties were obtained from stress relaxation tests and the contact between two layers of metal and polymer was defined as cohesive surface. The cohesive surface parameters are obtained from simulation and experimental test. The results illustrated that there is a good agreement between simulation and experimental warpage as well as between bending modulus obtained from experimental and simulation. Keywords: Polymer to metal adhesion, TDI, Polyol, Cohesive contact, Viscoelastic, injection molding

محمدرضا فروزان

محمدرضا فروزان

محمدرضا فروزان , مهدي كاروان