تاثيرات افزودن نانولوله‌هاي كربني چند‌جداره بر خواص مكانيكي رزين اپوكسي و كامپوزيت‌هاي لايه‌اي شيشه/اپوكسي

Effects of adding multiwall carbon nanotubes on mechanical properties of Epoxy resin and Glass/Epoxy laminated composites

هدف تحقيق كنوني، مطالعه ميزان اثربخشي وجود نانولوله‌هاي كربني چندجداره با طول بلند، بر خواص مكانيكي رزين اپوكسي و كامپوزيت‌هاي لايه‌اي تقويت‌شده با الياف تك‌جهته شيشه است؛ بنابراين خواص مكانيكي پليمر (اپوكسي خالص)، نانوكامپوزيت حاوي 5/0درصد وزني نانولوله‌هاي كربني چند جداره، كامپوزيت‌هاي لايه‌اي شيشه/ اپوكسي و نانوكامپوزيت‌هاي لايه‌اي شيشه/اپوكسي حاوي 5/0‌درصد وزني نانولوله‌هاي كربني با استفاده از مطالعات آزمايشگاهي مختلف استخراج مي‌شود. مدول و استحكام كششي، خمشي و برشي پليمر اپوكسي و نانوكامپوزيت‌هاي تقويت‌شده با 5/0‌درصد وزني نانولوله‌هاي كربني چند جداره از آزمايش مشخصه‌سازي مي‌شود. سپس براي كامپوزيت‌هاي لايه‌اي الياف شيشه/اپوكسي و نانوكامپوزيت‌هاي لايه‌اي الياف شيشه/اپوكسي تقويت‌شده با 5/0‌درصد وزني نانولوله‌هاي كربني چند جداره، مقادير سفتي و استحكام كششي طولي و عرضي و همچنين سفتي و استحكام خمشي و برشي داخل صفحه‌اي مقايسه مي‌شوند. نتايج آزمايش‌هاي مربوط به نمونه‌هاي كششي نانوكامپوزيت‌هاي لايه‌اي نشان مي‌دهند كه حضور نانولوله‌هاي كربني چند جداره با طول بلند سبب افزايش چسبندگي و برهم‌كنش الياف لايه‌هاي مجاور شده و سبب مي‌شود كه مكانيزم‌هاي تخريبي چون شكست الياف در آزمايش كشش طولي و يا جدايش لايه‌اي در آزمايش برش داخل صفحه‌اي به‌طور قابل ملاحظه‌اي به تاخير افتد. مي‌توان بيان داشت كه بهبود خواص مكانيكي كامپوزيت‌هاي لايه‌اي نسبت به رزين با افزودن نانولوله‌هاي كربني نمود بيشتري دارد. براي نمونه مقدار استحكام كششي در راستاي طولي و استحكام برشي نانوكامپوزيت‌هاي لايه‌اي به‌ترتيب 34% و 26% نسبت به كامپوزيت لايه‌اي رشد مي‌كنند.

The purpose of the present research is to investigate effects of long multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) on mechanical properties of epoxy resin and unidirectional glass fiber reinforced laminated polymeric composites. Therefore, mechanical properties of polymer (pristine resin), 0.5 wt.% MWCNT/epoxy nano-composites, E-glass/epoxy laminated composites and 0.5 wt.% MWCNT/E-glass/epoxy laminated nano-composites were evaluated. The tensile, flexural and shear moduli and strengths of epoxy polymer and nano-composites reinforced with 0.5 wt.% MWCNTs were experimentally characterized. Next, the longitudinal and transverse tensile stiffness and strength, also in-plane shear and flexural moduli and the strength of glass fiber laminated composites and glass fiber laminated nano-composites reinforced with 0.5 wt.% MWCNTs were determined. Experimental results of tensile specimens of laminated nano-composites reveal that the presence of the long MWCNTs improves the bounding properties of fibers in adjacent plies and postpones the failure mechanisms like fiber fracture under tension or edge delamination under shear loading conditions. It can be concluded that the improvement of mechanical properties in laminated composites is more significant than those of the pure epoxy with addition of long multiwall carbon nanotubes. For instance, the longitudinal tensile strength and shear strength of laminated nanocomposites increased by 34% and 26% in comparison with laminated composites, respectively.