تحليل اثرات سوراخ دايره‌اي و سيكل حرارتي روي خواص مكانيكي در چندلايه‌هاي كامپوزيتي پايه پليمري تقويت‌شده با ذرات نانو

Analysis of Circular Hole and Thermal Cycle Effects on the Mechanical Properties in Multi-Layer Polymer Composite Reinforced with Nanoparticles

در اين تحقيق، تحليل اثرات سوراخ دايره‌اي و سيكل حرارتي روي خواص مكانيكي در چندلايه‌هاي كامپوزيتي پايه پليمري تقويت‌شده با ذرات نانو مطالعه شده است. ابتدا نانولوله‌هاي كربني چندجداره با درصد وزني نانوذرات برابر با 0/1% وزني نانوكامپوزيت به رزين اپوكسي ML 506، اضافه مي‌شود. براي همگن‌سازي نانوذرات در رزين اپوكسي، ابتدا به مدت 30دقيقه از همزن مغناطيسي استفاده مي‌شود تا به‌صورت نسبي ذرات در رزين همگن شود. سپس محلول به‌دست‌آمده به مدت 40دقيقه در دستگاه آلتراسونيك قرار داده مي‌شود تا محلول رزين و نانوذرات كاملاً همگن شود. رزين حاصل با الياف شيشه و چيدمان متقارن و متعامد [s902/02]، تقويت شده و نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي به روش چيدمان دستي ساخته مي‌شوند. در اين پژوهش، نمونه‌هاي سوراخ‌دار به قطر‌هاي2 و 4ميلي‌متر مطالعه و تحليل شده است. براي مطالعه سيكل حرارتي روي نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي سه‌سطح تعداد چرخه حرارتي شامل صفر، 180 و 360 سيكل چرخه حرارتي مورد بررسي قرار گرفته‌اند. نمونه‌ها در محدوده دمايي صفر تا 100درجه سانتي‌گراد تحت تاثير بار حرارتي نوساني قرار گرفته و پس از پايان سيكل حرارتي، نمونه‌ها تحت آزمون كشش قرار گرفته‌اند. با استفاده از آزمون كشش مدول الاستيك و استحكام شكست براي سيكل‌هاي حرارتي متفاوت و قطر سوراخ‌هاي مختلف مورد مقايسه قرار گرفته‌اند. استحكام شكست نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي با افزايش تعداد چرخه سيكل حرارتي تغيير قابل توجهي نداشته است اما افزايش قطر سوراخ، استحكام شكست را كاهش داده است. مدول الاستيك نيز براي تمام نمونه‌ها با افزايش سيكل حرارتي داراي تغييرات اندك بوده است. همچنين يك مدل رگرسيون با استفاده از نرم‌افزار MINITAB براي استحكام و مدول الاستيك بر حسب تعداد سيكل و نسبت قطر به پهنا به ‌دست آمده است.

In this research, the analysis of the effects of circular hole and thermal cycle fatigue on the mechanical properties in multi-layer polymer composite reinforced with nanoparticles are investigated. First, multi-walled carbon nanotubes with 0.1% weight fraction of nanoparticles are added to the epoxy resin ML506. The. In order to homogenize particle in the resin, it is mixed with a magnetic stirrer for 30 minutes. The material is placed in an ultrasonic device for 40 minutes to homogenize the resin and nanoparticle completely. The resin reinforced with glass fibers constitute symmetric cross ply laminates stacking sequence [02/902]s, and nanocomposite samples are made with hand layup method. In this study, open-hole specimens with diameter of 2 and 4mm are investigated. To study the thermal cycles, nanocomposite samples of 3 levels of thermal cycles including 0, 180, and 360 cycles were investigated. The samples are exposed to a temperature range of 0 to 100oC. After that, the specimens undergo tensile testing. Using the tensile test, the modulus of elasticity and tensile strength are compared for the different thermal cycles and the diameter of the holes. By increasing the number of thermal cycles, the tensile strengths of nanocomposite samples are not significantly changed. Also, with increasing the diameter of the hole, the tensile strength is decreased. The elasticity modulus with increasing thermal cycles for all specimens have been minimal changes. Also, a linear regression model was developed, using MINITAB software for strength and elastic modulus in terms of number of thermal cycles and diameter to width ratio.