ساخت و بررسي خواص مكانيكي نانوكامپوزيت هيبريدي شيشه-اپوكسي تقويت شده با نانوذرات تيتانيم دي اكسيد

Synthesis and Mechanical Properties Investigation of Nano TiO2/Glass/Epoxy Hybrid Nanocomposite

در اين پژوهش، خواص مكانيكي نمونه هاي اپوكسي و كامپوزيت شيشه-اپوكسي حاوي درصدهاي مختلف نانوذرات تيتانيم دي اكسيد با آزمون هاي كشش و خمش سه نقطه اي، بررسي دقيق شده است. نتايج آزمون هاي كشش، براي نمونه هاي اپوكسي حاوي نانوذرات نشان داد، با اضافه شدن نانوذرات به زمينه، استحكام و مدول يانگ به مقدار محدود افزايش يافته، اما كرنش در نقطه استحكام نهايي و كرنش شكست نمونه ها، كاهش يافته است. همچنين، نمونه هاي نانوكامپوزيت هيبريدي شامل چهارلايه پارچه شيشه E-glass و زمينه اپوكسي حاوي نانوذرات، در دو جهت اصلي و ° 45 در حالت كشش و خمش بررسي شدند. نتايج آزمون ها حاكي از بهبود زياد خواص مكانيكي شامل استحكام و مدول يانگ در حالت خمشي و كششي است. خواص نمونه داراي % 1 نانوذرات نيز بهتر از ساير نمونه ها بوده و استحكام كششي آن % 9/ 25 براي نمونه راستاي اصلي و 17/9% براي نمونه ° 45 ، افزايش يافته است. مدول يانگ در حالت كششي نمونه داراي % 1 حجمي نانوذرات نيز افزايش % 4/ 14 را براي نمونه در راستاي اصلي و ° 5/ 17 را براي نمونه در ° 45 نشان مي دهد. اين افزايش فقط به دليل بهبود محدود خواص مكانيكي زمينه كامپوزيت نيست. بررسي دقيق ريزساختار نانوكامپوزيت هاي هيبريدي نشان مي دهد، با افزودن نانوذرات، چسبندگي بين الياف و ماتريس و سطح تماس الياف و زمينه، به طور چشمگير بهبود يافته است. همچنين، بررسي ناحيه شكست نمونه هاي نانوكامپوزيتي هيبريدي نشان دهنده كاهش مساحت ناحيه تخريب با افزودن نانوذرات به زمينه بوده و رفتار تمام نمونه هاي شامل نانوذرات، شكننده تر از نمونه هاي بدون نانوذرات است. در حالي كه مقايسه مدول چقرمگي )مساحت زير نمودار تنش-كرنش( حاكي از افزايش جذب انرژي در نمونه هاي نانوكامپوزيتي است.

Mechanical properties of epoxy and glass/epoxy filled with 0.25, 0.5 and 1 vol% of TiO2 nanoparticles have been studied using tensile and threepoint bending tests. For the TiO2/epoxy nanocomposites, the results showed that the strength and stiffness were improved, though the strain at ultimate strength point and breaking strain decreased. Moreover, the hybrid nanocomposites composed of 4 layers of woven E-glass fabric and TiO2/epoxy matrix were fabricated and cut onaxis and 45° off-axis by water jet. The results of tensile and three-point bending tests indicated a remarkable improvement in the strength and stiffness that could not be related to the mechanical improvement of the matrix. The samples containing 1 vol% nano TiO2 were improved relative to samples without the nanoparticles. The tensile strength of the on-axis and off-axis samples containing 1 vol% TiO2 increased by about 25.9% and 17.9%, in the order given, compared to that of the glass/epoxy specimens. In three-point bending test, the strength of the on-axis and off-axis specimens was improved 26% and 23.2%, respectively. In addition, the tensile stiffness of the onaxis and off-axis samples containing 1 vol% TiO2 increased, respectively, by about 14.4% and 17.5% compared to that of the glass/epoxy specimens. Also for the same on-axis and off-axis samples the three-point bending stiffness increased about 19.8% and 14.6%, respectively. The whole investigation on the microstructure of the hybrid nanocomposites illustrated that stronger interfaces between the fiber and TiO2/epoxy matrix were formed and improvement was noticed on mechanical properties of ternary composite compared to those of the fiber/epoxy composites. The analysis of damage zones of hybrid nanocomposites showed that the surface area of the damaged zone declined considerably due to the brittle behavior of TiO2-filled specimens but the area below the stress-strain curve, showing energy absorption during the test, increased.