شماره مدرك
21284
شماره راهنما
18223
پديد آورنده
اميدي، عليرضا
عنوان
ساخت و مشخصه يابي ميكرو -كامپوزيت ترموپلاستيك لمينت پارچه الياف كربن بر پايه آكريلونيتريل بوتاديِن استايرِن/كربن سياه/ الياف طبيعي كنف
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
ساخت و توليد
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
سيزده ، 99ص.: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
الياف كربن , كامپوزيتهاي پليمري , مدول يانگ , انتقال بار به پليمر , توزيع يكنواخت ميكرو نانو ذرات
تاريخ ورود اطلاعات
1405/06/31
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
دانشكده
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/07/13
كد ايرانداك
23236218
چكيده فارسي
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.
چكيده انگليسي
In recent years, the development of advanced polymer composites aiming to simultaneously achieve low weight, high strength, suitable formability, and recyclability has become a major research area in materials science and mechanical engineering. In this context, although fiber-reinforced thermoset composites possess desirable mechanical properties, interest in thermoplastic composites has increasingly grown due to limitations in recycling and processability. In the present study, the fabrication and evaluation of thermoplastic microcomposite sheets based on acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and polyethylene (PE), reinforced with carbon black, hemp fibers, and glass fibers, were investigated. The primary objective of the research was to improve the mechanical properties of these polymers and to provide a suitable structure for lightweight industrial applications.The specimens were fabricated using a melt processing system under thermal shear energy (calendering machine). In this process, various weight percentages of carbon black, including 5%, 10%, and 15 wt.%, were added to the matrix either independently or along with hemp and glass fibers. Subsequently, tensile tests according to the ASTM D638 standard, Izod impact tests according to ASTM D256, scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction (XRD) analysis were performed to evaluate the mechanical properties and microstructure. The results showed that the pure ABS specimen had a tensile modulus of approximately 11.8 MPa, which increased with the addition of reinforcements. The highest increase in modulus was observed in formulations containing glass fibers, where the modulus value reached approximately 18 to 20 MPa in some specimens, indicating a significant growth in material stiffness compared to the base specimen. In polyethylene-based systems, the tensile modulus also increased compared to the pure specimen, with values of about 10 to 12 MPa recorded for compositions containing glass fibers and carbon black. In the impact test, the pure ABS specimen exhibited an impact strength of approximately 82 J/m. The simultaneous addition of carbon black and hemp fibers led to a noticeable increase in this value, with the impact strength exceeding 200 J/m in some hybrid specimens. Furthermore, in three-component formulations containing ABS, carbon black, hemp, and glass fibers, the highest impact strength values were observed in the range of approximately 300 to 340 J/m, which is several times that of the pure specimen. These results demonstrate the effective role of energy absorption mechanisms resulting from fiber bridging, crack deflection, and proper stress distribution in the hybrid structure. SEM micrographs revealed that a more uniform dispersion of carbon black particles and better adhesion between the fibers and the matrix led to more efficient stress transfer and a more cohesive fracture behavior. XRD results also showed that most specimens retained their predominantly amorphous structure, and the observed changes were mainly due to interphase interactions and improved short-range order. Overall, the results of this study demonstrated that the simultaneous use of carbon black, glass fibers, and hemp fibers in thermoplastic matrixes can significantly increase strength, modulus, and impact resistance. Additionally, the calendering process is a suitable and economical method for producing these composite sheets, making them viable for applications in automotive, construction, protective equipment, and lightweight engineering components.
استاد راهنما
مهدي كاروان
استاد داور
پيمان مصدق , محسن صفوي