بررسي تجربي رفتار خمشي كامپوزيت‌هاي لايه‌اي آلومينيوم- اپوكسي/ الياف بازالت حاوي نانوذرات رس

Experimental investigation of flexural behavior of basalt fibers/epoxy-aluminum laminate composites containing nanoclay particles

در تحقيق حاضر تأثير افزودن نانوذرات رس اصلاح‌شده/اصلاح‌نشده، با درصدهاي وزني مختلف بر رفتار خمشي كامپوزيت‌هاي لايه‌اي آلومينيوم 2024- T3-رزين اپوكسي/الياف بازالت بررسي شد. ابتدا به‌منظور ايجاد برهمكنش مناسب بين نانوذرات رس و زمينه اپوكسي، عمليات اصلاح سطحي با عامل كوپلينگ سيلان بر روي نانوذرات رس انجام شد كه در ادامه، ايجاد گروه‌هاي عاملي بر روي سطح نانوذرات رس توسط آزمون طيف‌سنجي مادون‌قرمز (FT-IR) ثابت شد. نانوذرات رس اصلاح‌شده با درصدهاي وزني 0، 1، 3 و 5 به اپوكسي افزوده شد و سپس جهت پخش و توزيع مطلوب‌تر آن در زمينه از دستگاه همزن مكانيكي و آلتراسونيك استفاده شد. همچنين به‌منظور برهمكنش و چسبندگي بهتر بين زمينه و ورق آلومينيومي، عمليات مكانيكي و شيميايي بر روي آلومينيوم انجام شد. در ادامه مخلوط‌هاي حاصل همراه با الياف بازالت بافته‌شده و لايه‌هاي آلومينيوم در ساخت كامپوزيت لايه‌اي مورد استفاده قرار گرفت. نمونه‌هاي ساخته‌شده جهت بررسي تأثير افزودن نانوذرات رس تحت آزمون خمش سه‌نقطه‌اي قرار گرفتند كه حداكثر تاثير نانوذرات اصلاح شده بر افزايش استحكام خمشي و انرژي شكست در 3 درصد وزني آن اتفاق افتاد. اين خواص در مورد نمونه حاوي 3 درصد وزني نانوذرات رس اصلاح نشده نسبت به نمونه مشابه اصلاح شده تضعيف شد. علاوه بر اين مدول خمشي با افزايش نانوذرات رس به صورت پيوسته افزايش يافت. همچنين به‌منظور بررسي مكانيزم شكست بخش پليمري از ميكروسكوپ روبشي الكتروني گسيل ميداني (FESEM) استفاده شد. تصاوير ميكروسكوپي بيانگر اين بودند كه افزودن نانوذرات رس باعث بهبود برهم كنش بين زمينه و الياف بازالت شده و منجر به بهبود خواص خمشي مي شود.

In this study, the effect of different weight percent of modified/unmodified nanoclay particles on the flexural properties of fiber metal laminates (FMLs) made of basalt fibers/epoxy-2024-T3 aluminum sheets was investigated. As a first step, the surface of nanoclay was modified by silane coupling agent which the creation of functional groups on the surface of nanoclay particles was confirmed by Fourier transform infrared (FT-IR) analyses. The modified nanoclay with different weight percent of 0, 1, 3 and 5 was added into the epoxy and then for better distribution and dispersion of nanoparticles in the matrix, the mechanical and ultra-sonication machines were used. Also, for better interaction and adherence between matrix and aluminum sheets, the mechanical and chemical treatment were conducted. Then the mixture of epoxy and nanoclay with woven basalt fibers and aluminum sheets were used to fabricate FMLs. To survey the effect of nanoparticles on mechanical properties, the 3-point bending test was used. The results show that the maximum effect of adding nanoclay on flexural strength and absorbed energy was in 3 wt.% of modified nanoclay, these properties of FMLs, conaining 3 wt.% unmodified nanoclay was weakend in compareson similar specimen, containing modified nanoclay. Furthermore, the flexural modulus was increased by increasing the weight percent of nanoparticles. Also, to investigate the fracture mechanism of polymeric part, the field emission scanning electron microscope (FESEM) was used. The microscopic images were revealed that adding nanoclay are caused improvement of interaction between matrix and basalt fibers, consequently, are caused improving the flexural properties.