پديد آورنده :
حبيبي، نگار
عنوان :
بررسي اثر نانوساختار ايروژل سيليس بر سطح مشترك كامپوزيت الياف بازالت/اپوكسي
گرايش تحصيلي :
الياف پليمري
صفحه شمار :
سيزده، 143ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
علي زادهوش، زهرا طالبي مزرعه شاهي
توصيفگر ها :
كامپوزيت ليفي , الياف بازالت , اصلاح سطح , ايروژل سيليس , آزمون ميكرو مكانيكي , آزمون ماكرو مكانيكي
استاد داور :
اكبر خدامي، حسين فشندي
تاريخ ورود اطلاعات :
1397/12/08
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1397/12/13
چكيده فارسي :
چکیده اصالح سطح الیاف بهعنوان يکی از راهکارهای مؤثر در بهبود چسبندگی بین لیف و رزين است بايد بهگونهای صورت گیرد که منجر به بهبود همزمان استحکام و جذب انرژی گردد مطالعه پژوهشهای انجام شده توسط ساير محققان در ارتباط با کامپوزيتهای تقويت شده با الیاف ن شان داد که تاکنون پژوه شی بر روی ا صالح سطح الیاف بازالت با نانو ساختار ايروژل سیلیس صورت نگرفته ا ست لذا هدف ا صلی اين تحقیق ا ستفاده از ذرات ايروژل سیلیس برای ا صالح سطح الیاف بازالت و برر سی تأثیر اين ذرات بر ف صل م شترک رزين و الیاف و خواص مکانیکی کامپوزيت اپوک سی تقويت شده با الیاف بازالت ا ست همچنین برای درک بهتر اثر ايروژل در بخش ديگر اين تحقیق اصکالح سکطح لیف به روش مرسکوم اصکالح سکطح شکیمیايی انجامشکده و تأثیر هر دو روش اصکالح سکطح بر سکطح مشکترک و ک ک ک ک ک ک ک ک ک ک ک چسبندگی بازالت اپوکسی مورد بررسی و مقايسه قرارگرفت همچنین در انتها امکان سنجی اصالح همزمان الیاف بازالت با اين دو روش بررسی گرديد در اين راستا بالنکتهای ايروژلی بازالت با ذرات ايروژل با ساختار و آبگريزی متفاوت بهمنظور بررسی اثر آبدوستی و آبگريزی اندازه حفرات و درصد تخلخل ايروژل بر خواص نهايی کامپوزيت سنتز شد در روش اصالح سطح شیمیايی بازالت نیز از اسیدسولفوريک و سديم هیدروکسید با غلظت و حجم مختلف استفاده شد در انتها کامپوزيتهای اپوکسی تقويت شده با الیاف بازالت اصککالحشککده تهیه و خواص آنها ارزيابی گرديد جهت مشککخصککهيابی ذرات ايروژل از آزمونهای جذب و واجذب نیتروژن FTIR و زاويه تماس اسککتفاده شککد همچنین برای ارزيابی الیاف بازالت قبل و بعد از اصککالح سککطح از آزمونهای FTIR زاويه تماس اسککتحکام ک ش شی تک لیف و تر شونگی با رزين و آزمون میکرو مکانیکی ريزقطره ا ستفاده شد آزمونهای ماکرو مکانیکی خمش سه نقطه و پانچ برشی نیز برای بررسی خواص مکانیکی کامپوزيتهای حاصل مورد استفاده قرار گرفتند نتايج آزمون جذب و واجذب نیتروژن ذرات ايروژل بیانگر سطح مخ صوص ب سیار زياد 650 900 m2 g و تخلخل باالی ايروژلهای سکککنتز شکککده اسکککت نتايج آزمون میکرو مکانیکی و آزمونهای ماکرو مکانیکی نشکککان داد که ذرات ايروژل آبدوسککت و آبگريز میتوانند منجر به افزايش خواص مکانیکی کامپوزيت شککوند الیاف بازالت پوشککشدهی شککده با ايروژل آبدو ست با اندازه حفرات کوچک و سطح مخ صوص زياد دارای بی شترين ا ستحکام بر شی بین سطحی و تنش ا صطکاکی در آزمون ريزقطره ه ستند و به ترتیب افزايش 001 و 49 ن سبت به بازالت اولیه ن شان دادند درحالیکه اين مقادير در الیاف بازالت ا صالح سطح شککده با سککولفوريک اسککید به 73 و 63 کاهش يافت نتايج حاصککل از میکروسکککوپ نیروی اتمی AFM نیز نشککان داد که الیاف ک ک ک ک ک ک اصالح شده با ايروژل آبدوست دارای حفرات کوچک از زبری سطحی بیشتری نسبت به ساير نمونهها برخوردار است همچنین بیشینه نیرو تا حد شکست خمشی و تنش برشی بین سطحی در آزمون پانچ برشی برای اين نمونه نسبت به الیاف بازالت اولیه 4 برابر افزايش نشان داد ت صاوير SEM سطح شک ست کامپوزيت نیز ن شاندهندهی بهبود چ سبندگی بین لیف و رزين در سطح م شترک کامپوزيت بر اثر اصالح سطح الیاف بازالت با ذرات ايروژل سیلیس است بررسی اثر درصد تخلخل و اندازه حفرات در ايروژلهای آبدوست و آبگريز نشان داده که میزان نفوذ رزين به درون حفرات ايروژل و ت شکیل شبکه نفوذی که منجر به افزايش درگیری مکانیکی و بهبود چ سبندگی در ف صل م شترک کامپوزيت می شود به شدت متأثر از سککاختار حفرات و ذرات ايروژل اسککت ذرات ايروژل آبدوسککت با حفرات کوچکتر و سککطح مخصککوص بزر تر منجر به درگیری مکانیکی بیشتر رزين با ديوارهی حفرات ايروژل شده و تنش برشی بین سطحی بهدستآمده از آزمون ريزقطره را تا 07 و از آزمون پانچ بر شی را تا 46 و بی شینه نیرو تا حد شک ست خم شی برای کامپوزيت اپوک سی تقويت شده با الیاف ا صالح شده تا 981 ن سبت به الیاف بازالت اصککالحشککده با ذرات ايروژل آبدوسککت با حفرات بزر تر افزايش داده اسککت اما روند نتايج در ايروژل های آبگريز متفاوت بوده چراکه به دلیل عدم برهمکنش مناسب ذرات ايروژل با رزين در ايروژلهای با درصد تخلخل بیشتر و اندازه حفرات بزر تر نفوذ بهتر و بیشتر رخداده و تنش برشی بین سطحی از آزمون ريزقطره و از آزمون پانچ برشی و بیشینه نیرو تا حد شکست خمشی کامپوزيت تهیهشککده از الیاف اص کالحشککده با اين ذرات نسککبت به کامپوزيتهای مشککابه و با زيروژل آبگريز با اندازه حفرات کوچکتر و درصککد تخلخل کمتر به ترتیب 001 و 02 و 97 افزايش دا شته ا ست همچنین ا صالح همزمان بازالت با دو روش شیمیايی و سپس پو شش با ايروژل منجر به تجمع ايروژل روی سککطح الیاف و عدم توزيع يکنواخت تنش شککده و اثر عملیات اصککالح سککطح بر خواص مکانیکی را
چكيده انگليسي :
AbstractModifying the fiber surface as one of the effective ways to improve adhesion between the fiber and the resinshould be done in such a way as to simultaneously improve the strength and absorption of energy Studies ofother researchers about Fibrous composite showed that there is the lack of researches on modifying the basaltfiber surface with nano structure silica aerogel Therefore the main goal of this study was to use differentsilica aerogel particles to modify the basalt fiber surface for study the effect of these particles on the interphaseof the resin and fibers and the mechanical properties of the basalt fiber reinforced epoxy composite in orderto more investigations in the other part of this study the modifying of fibers was done by a conventionalchemical modification method and the effect of both surface modification methods on the surface andbasalt epoxy adhesion was compared Finally the possibility of simultaneous modification of basalt fiberswith these two methods was investigated In this regard basalt aerogel blankets with different structure andhydrophobicity particles were synthesized to evaluate the effect of hydrophobicity pore size and percentageof aerogel porosity on the final composite properties In the chemical surface modification of basalt sulfuricacid and hydroxide sodium with different concentration and volume were used At the end modified epoxyresin composites were prepared and their properties evaluated Nitrogen absorption and desorption FTIR andcontact angle were used to characterize the aerogel particles FTIR contact angle tensile properties of a singlefiber resin wettability and micromechanical tests micro droplets were used to evaluate the basalt fiberbefore and after surface modification Macro mechanical tests three points bending and shear punch test were also used to study the mechanical properties of the composites The results of the nitrogen absorptionand desorption test for aerogel particles show a very high surface area cavities below 10 nm and highporosity of synthesized aerogels The results of micromechanical tests and macromechanical tests showedthat the basalt fibers coated with hydrophilic aerogel small pore size and a special surface area exhibit thehighest shear strength between the surface and the friction coefficient in the micro droplet test respectively showing an increase of 100 and 94 relative to the initial basalt While these values were reduced to 37 and 36 in basalt modified surface with sulfuric acid The results of the atomic force microscope AFM alsoshowed that the modified fiber with hydrophobic aerogel with small cavities has more surface roughness thanother specimens Also the maximum force to flexural deflection and shear stresses in shear punch test forthis sample was 200 41 and 306 higher than primary basalt fibers and 173 and 38 respectively ascompared to the chemical modified fibers SEM images of the composite fracture surface also indicateimproved adhesion between the fibers and resin at the composite surface due to the modification of the basaltfiber surface with silica aerogel particles Investigating the effect of porosity percentage and pore size onhydrophilic and hydrophobic aerogels showed that the amount of resin penetration into the aerogel cavitiesand the formation of intrusive network which leads to increased mechanical involvement and adhesionimprovement in the composite interphase is strongly influenced by the structure of cavities and particles ofaerogel The hydrophilic aerogel particles with smaller cavities and a larger surface area lead to moremechanical engagement of the resin with the wall of the aerogel cavities and the shear stress between thesurface obtained from the micro droplet test up to 70 the shear punch test to 64 and the maximum forceto failure The flexure for reinforced fiber reinforced epoxy composites is up to 189 higher than the basaltfiber modified with hydrophob aerogel particles with larger cavities However the results of hy
استاد راهنما :
علي زادهوش، زهرا طالبي مزرعه شاهي
استاد داور :
اكبر خدامي، حسين فشندي
