بررسي تجربي اثر نانوسيليكا و نانوگرافن اصلاح شده بر كامپوزيت اپوكسي-الياف بازالت تحت ضربه سرعت بالا

Experimental investigation on simultaneous effect of functionalized nano silica and nano graphene on basalt fibers-epoxy composite under high velocity impact

مواد مركب به عنوان جايگزيني سبك و بهينه شده براي مواد متداول تر نظير فلزات، نياز به بكارگيري روش هاي گوناگون جهت تقويت استحكام را دارند. افزودن نانو مواد، به عنوان روشي نوين جهت ارتقاي استحكام مواد مركب استفاده مي شود. از طرفي اهميت پديده ضربه و كاربردهاي فراوان آن در صنايع گوناگون بر كسي پوشيده نيست. از اين رو در اين پژوهش، كامپوزيت چند مقياسي زمينه اپوكسي تقويت شده با الياف بازالت حاوي مجموعاً 1% وزني زمينه از نانو ذرات سيليكا و نانو صفحات گرافن اصلاح سطحي شده، تحت آزمون ضربه سرعت بالا قرار گرفت. ابتدا 5 سري نمونه حاوي 6 لايه از الياف بازالت به روش لايه چيني دستي ساخته شده و دو نوع پرتابه از جنس آلومينيوم با دماغه سر تيز و سر كروي به ترتيب با جرم هاي 26.7 و 26.3 گرم با سرعت 116 m/s به نمونه ها برخورد داده شد. به منظور بررسي عمليات اصلاح سطحي، طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FT-IR) انجام پذيرفت و به كمك ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) نيز اثر افزودن نانو مواد بر اتصال بين زمينه و الياف در مقياس ميكروسكوپيك بررسي شد. نتايج نشان داد، نمونه حاوي 0.7% نانوسيليكا و 0.3% نانوگرافن بهترين عملكرد را در جذب انرژي حاصل از ضربه سرعت بالا با افزايش جذب 7.3% براي پرتابه سر تيز و 20.4% براي پرتابه سر كروي نسبت به نمونه بدون نانو مواد از خود نشان مي دهد.

Various methods have been proposed to enhance the strength of composites, which are considered as lightweight materials optimized to be used as an alternative for common materials such as metals. Addition of nano materials is a new method for improving the strength of composite materials. Furthermore, the importance of impact phenomena has been well appreciated, having many applications in various industries. Therefore, in this study, a multiscale basalt fibers reinforced epoxy composite, which matrix is loaded with surface-modified nano materials (nano silica and nano graphene) with a total weight percent of 1 wt.%, is analyzed under high velocity impact test. At first, five composite samples constituting 6 layers of basalt fibers, made by hand layup method, are impacted by two types of aluminum projectile with the speed of 116 m/s; ogival and hemispherical head projectiles with the mass of 26.7 and 26.3 grams, respectively. Then, Fourier transform infrared analysis (FT-IR) are performed so as to investigate the surface modification process, and the effect of introducing nano fillers on the joint between the matrix and the fibers is studied at the microscopic scale, using the scanning electron microscope (SEM). The results showed that the sample containing 0.7 wt.% nano silica and 0.3 wt.% nano graphene has the best performance in absorbing the energy resulted from the high velocity impact, with an increase in the absorption of approx. 7.3% for the ogival projectile and of 20.4% for the hemispherical as compared to sample without nanofillers.