افزايش استحكام برشي نانوكامپوزيتهاي پليمري به روش لايه نشاني الكتروفورتيك نانولوله‌هاي كربن

Improving shear strength in nanocomposites through electrophoretic deposition of carbon nanotubes

استفاده از ذرات نانو در ساختارهاي كامپوزيت پليمري ‌تقويت‌شده با الياف، روشي است براي طراحي و ساخت كامپوزيت‌هاي چندمقياسي با خواص مكانيكي و سازه‌اي ارتقا يافته. در اين پژوهش، ‌لايه‌نشاني الكتروفورتيك جهت ايجاد سطحي يكنواخت از نانولوله‌هاي كربن در سطح مشترك الياف شيشه و پليمر استفاده شده است. نخست عوامل موثر در اين فرآيند نظير غلظت محلول، مدت فرآيند و شدت ميدان، بر كيفيت و كميت لايه ايجاد شده، بصورت تجربي مطالعه شده است. پس از شناسايي حالت بهينه، نمونه‌هاي بافت شيشه ‌تقويت‌شده براي ساخت نانوكامپوزيت شيشه-اپوكسي استفاده شده و جهت تعيين خواص برشي بين‌لايه‌اي آنها، مورد آزمايش استحكام تير كوتاه و فرورفتگي شبه استاتيكي قرار گرفتند. نتايج به دست آمده نشان دهنده تاثير چشمگير استفاده هدفمند از نانولوله‌هاي كربن در تقويت فيزيكي و شيميايي سطح مشترك كامپوزيتها جهت بهبود عملكرد مكانيكي آنهاست. استحكام برشي در نمونه‌هاي ‌تقويت‌شده 42% نسبت به نمونه مرجع ارتقا يافت و در ‌فرورفتگي شبه استاتيكي، نانوكامپوزيتها بيش از 10% مستحكم‌تر شدند. در ايجاد لايه نانولوله‌هاي كربن بر سطح الياف شيشه، لزوما استفاده از شدت ميدان قوي‌تر و غلظت بالاتر محلول موجب بهبود كيفيت لايه‌نشاني نخواهدشد. شدت ميدان در غلظت‌هاي بالاي نانوذرات به دليل خروج از شرايط تعادل محدود شده و بهترين نتايج در فرآيندهاي نه چندان طولاني، با چگالي شدت جريان بين 0.5 تا 1 ميلي آمپر بر سانتي متر مربع به دست آمد. تاثير افزايش شدت ميدان الكتريكي بر جرم نشست در حدود 8.5 برابر مشاهده شد درحالي‌كه اين فاكتور براي افزايش غلظت 5.5 برابر بود.

Nanoparticles are being used nowadays to improve the mechanical and structural specification of Fiber Reinforced polymers (FRPs) due to production of hybrid & Multi scale composites. Electrophoretic deposition has been utilized to deposit a smooth layer of carbon nanoparticles on the surface of woven glass fibers, and later in the fiber/matrix interface of composite structure. Initially, the experimental parameters in deposition of CNTs were investigated. Suspension concentration, field strength and process duration effects have been studied on the quality and quantity of deposition mass. Then the best situation has been used to fabricate CNT reinforced glass fiber-epoxy composite to evaluate its short beam strength and also quasi static indentation performance subject to lateral shear loads. Results demonstrate the salient effect of grafted CNTs in the nanocomposites interface on their mechanical behavior. The interlaminar shear strength of prepared nanocomposites has been increased by 42% regarding control samples and 10% improvement achieved in their quasi static performance. It has been shown that there is a range of optimum values for field and concentration due to stability of process and also deposition mass. The stability of process will restrain the field and concentration in the process. In best experiments the current density values were surrounded between 0.5 and 1 mA/Cm2. The effect of field strength was around 8.5 times, but the effect of concentration was around 5.5 times. The current density diagram was steady in stable processes and the first three minutes of each process known as the effective deposition time.