بررسي تجربي اثر نوع‌ تقويت‌ كننده نانو ساختار بر خواص مكانيكي و سايشي نانو كامپوزيت‌هاي زمينه اپوكسي

An experimental investigation of the effect of the type of nanostructured reinforcements on the mechanical and tribological properties of epoxy based nanocomposites

در اين مقاله اثر استفاده از سه نوع مختلف تقويت‌كننده‌هاي نانوساختار، بر خواص مكانيكي و سايشي نانوكامپوزيت‌ها مطالعه‌ شده‌است. نانو لوله‌كربني، نانواكسيدگرافن و نانورس با درصدهاي وزني برابر و با روش‌هاي يكسان در شرايط محيطي مشابه به رزين اپوكسي افزوده شد. جهت پراكندگي يكنواخت نانوساختارها در زمينه اپوكسي، از همزن مكانيكي به‌همراه فراصوت استفاده گرديد. پس از انجام فرآيند گاززدايي، نمونه‌هاي آزمون كشش و سايش مطابق استانداردهاي مربوطه ساخته شدند. از هر جنس نانوكامپوزيت‌، سه نمونه تهيه و تحت آزمون قرار گرفت. مدول يانگ، استحكام كششي نهايي، كرنش در نقطه شكست و چقرمگي نمونه‌ها، از منحني‌ تنش–كرنش و با استفاده از آزمون كشش استخراج شد. آزمون سايش خشك در بارهاي 20، 60 و 100 نيوتن با استفاده از يك دستگاه پين روي ديسك در دماي اتاق مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاكي از آن بود كه در نمونه‌ي حاوي نانولوله‌كربني، بيشترين تنش قابل تحمل % 16 و كرنش در لحظه شكست % 27 نسبت به اپوكسي خالص افزايش دارد. همچنين كامپوزيت‌هاي اپوكسي/ نانولوله‌كربني و اپوكسي/ نانورس بالاترين مقاومت در برابر سايش را در مقايسه با ساير نمونه‌ها از خود نشان دادند، به‌طوري‌كه در نمونه‌ي حاوي نانورس، 60 درصد كاهش در مقدار نرخ سايش نسبت به نمونه اپوكسي خالص، مشاهده‌شد.

In this paper, the effect of three different types of nanostructured reinforcements on the mechanical and tribological properties of nanocomposites are investigated. Carbon nanotube, nanoclay and nanographene oxide with equal weight percentages and under similar environmental conditions are added into the epoxy resin. To achieve uniformly dispersed nanoparticles within the epoxy matrix, mechanical stirring with ultra-sonication is utilized. After degassing process, tensile and wear test specimens were made according to the relative standards. Three samples of each nanocomposite were prepared and tested. Young's modulus, ultimate tensile strength, strain at break point and toughness of the specimens were extracted from the stress-strain curve using the tensile test. Dry wear test was performed at 20N, 60N and 100N loads using a disk on pin testing machine at room temperature. The results showed that in the sample containing carbon nanotubes, the ultimate stress increased by 16% and the strain at the break point increased by 27% compared to pure epoxy. Also, carbon nanotube/epoxy and nanoclay/epoxy nanocomposites showed the highest wear resistance compared to other samples, so that in the sample containing nanoclay reinforcement, a 60% decrease in the amount of wear rate was observed compared to the pure epoxy sample.