بررسي تجربي تاثير نانوذرات رس و سيليكا در خواص مكانيكي مواد مركب شيشه/اپوكسي

Experimental investigation of nanoclay and nanosilica particles effects on mechanical properties of glass epoxy composites

دراين مقاله، تغيير خواص كششي ماده مركب چندلايه شيشه/اپوكسي با الياف بافته شده، بر اثر افزودن دو نوع نانو ذره مختلف، مورد بررسي و مقايسه قرار مي‌گيرد. نانو مواد مركب با 12 لايه الياف شيشه بافته شده با كسر حجمي الياف40 درصد و به روش لايه چيني دستي توليد شده است. سيستم رزين نيز از يك ديگليسيديل ‌اتر بيسفنول نوع آ (DGEBA) با نام تجاري ايپون 828 به‌عنوان پايه اپوكسي و يك پلي-اكسيپروپيلن ‌ديامين با وزن مولكولي gr/mol400 با نام تجاري جف‌امين‌دي 400 به عنوان سخت كننده ساخته شده است. نانو رس معدني و نانو سيليكا به عنوان تقويت كننده به سيستم رزين (مجموع اپوكسي و سخت كننده) اضافه مي‌شوند. نانو رس با نسبت‌هاي وزني 0، 3، 5، 7 و 10 درصد و نانو سيليكا نيز با نسبت‌هاي وزني 0، 5/0، 1 و 3 درصد، درون رزين پخش مي‌شوند. بررسي نتايج نشان مي‌دهد كه افزودن نانو رس در درصدهاي پايين، تاثير منفي بر خواص مكانيكي نانو ماده مركب دارد. بيشترين افت خواص در 3 درصد وزني مشاهده مي‌شود. در 5 درصد وزني نانو رس ميزان جذب انرژي نمونه بيشينه است. در اين حالت چقرمگي ماده %10 و استحكام كششي %7 افزايش را نشان مي‌دهد. افزودن نانو سيليكا به ماده مركب برخلاف نانو رس، خواص را در درصدهاي پايين بهبود مي‌بخشد. به طوري كه بيشترين افزايش خواص مكانيكي را مي‌توان در نانو ماده مركب با 5/0 درصد وزني نانو سيليكا مشاهده نمود. در اين حالت استحكام كششي %10، كرنش شكست %14 و چقرمگي ماده %27 افزايش پيدا مي‌كند.

In this paper, the tensile properties of 2D woven glass epoxy composite reinforced by two different nanoparticles have been investigated and compared. Hand lay-up method has been used to manufacture nanocomposites with12 layers of 2D woven glass fibers with 40% fiber volume fraction. The nano-epoxy resin system is made of diglycidyl ether of bisphenol A (epon 828) resin with jeffamine D400 as the curing agent. The composites were reinforced by adding organically modified montmorillonite nanoclay (Closite 30B) and nanosilica (SiO2) particles. The nanoclay particles were dispersed into the epoxy system in a 0%, 3%, 5%, 7% and 10% ratio in weight with respect to the matrix, while the spherical nanosilica particles were dispersed into the epoxy system in a 0%, 0.5, 1% and 3% ratio in weight with respect to the matrix. The results show that low loading of nanoclay decreases the mechanical properties of nanocomposite, while significant improvements of nanocomposite mechanical properties are shown in low loading of nanosilica. Tensile strength and toughness of nanocomposite increase by 7% and 10% after adding 5 wt.% nanoclay. Loading of 0.5 wt.% nanosilica cause 10% and 27% improvement in tensile strength and toughness of nanocomposite.