بررسي تجربي تاثير نانولوله هاي كربني بر مود اول چقرمگي شكست بين لايه اي كامپوزيت شيشه/اپوكسي

Experimental investigation of the influence of adding Carbon nanotubes on Mode I interlaminar fracture toughness of laminated composites

در اين مقاله تاثير افزودن نانولولههاي كربني بر كشش و چقرمگي شكست بينلايهاي مود اول كامپوزيت شيشه/اپوكسي، مورد بررسي تجربي قرار گرفته است. به اين منظور، نمونههاي آزمايش مود اول شكست نانوكامپوزيت هيبريدي با زمينه اپوكسي كه 18 لايه الياف شيشه بافته شده دارند، به روش لايهچيني دستي توليد شدند. اپوكسي در اين سيستم، ايپون 828 ميباشد، از اف 205 به عنوان سختكننده، استفاده شده است. همچنين از نانولوله‌هاي كربني چندديواره اصلاحشده با هيدرواكسيد به عنوان تقويت-كننده با درصدهاي وزني 0، 0.1، 0.5 و 1 نسبت به وزن كل زمينه استفاده گرديد. علاوه بر آن نمونههاي كشش نانو رزين و نانوكامپوزيت هيبريدي ساخته شد. با بررسي نتايج آزمون كشش رزين مشاهده شده است بيشترين تغيير در مدول يانگ، استحكام نهايي و چقرمگي شكست نانو رزين مربوط به نمونه‌ 0.5 درصد وزني ميباشد كه به ترتيب با افزايش 31.2، 21.4 و 16.66 درصد نسبت به نمونه خالص همراه ميباشد. همچنين بيشترين تغيير چقرمگي شكست، استحكام نهايي كششي و كرنش شكست نانوكامپوزيت‌هاي هيبريدي در 0.5 درصد وزني ميباشد كه به ترتيب 12.6 ، 3.7 و 9.8 درصد نسبت به نمونه خالص افزايش مييابد. نتايج آزمون مود اول شكست بين-لايهاي حاكي از آن بود كه بيشترين تغيير نيرو (در نمودار نيرو-جابجايي مود اول شكست بينلايهاي) و انرژي (شكست بينلايهاي مود اول در گسترش ترك) مربوط به نانوكامپوزيت 0.5 درصد بوده كه نسبت به كامپوزيت خالص 24.4 و 24.15 درصد افزايش مييابد.

In this research, the influence of adding carbon nanotubes on the tensile and the mode I interlaminar fracture of glass-fiber-epoxy laminated composite has been experimentally studied. For this purpose, the hybrid glass-fiber-epoxy-nanotube laminated composites which have 18 fiber-glass plain-weave layers were manufactured by hand lay-up method. The epoxy resin system is made of Epon828 resin with Epikure F205 as the curing agent. The multi-walled carbon nanotube (MWCNTs) modified with hydroxide (-COOH) is also dispersed into the epoxy system as a reinforcement in a 0%, 0.1%, 0.5% and 1% ratio in weight with respect to the matrix. In addition, the tensile nano-resin and hybrid nano-composite specimen were produced. The results of the tensile test of nano-matrixes indicate that the maximum change in Youngʹs modulus, ultimate strength and fracture toughness of the samples is in the 0.5% sample, with a 31.2%, 21.4% and 16.66% increase with respect to neat sample, respectively. Moreover, the results of the tensile test of hybrid nano-composites indicate that the maximum change in fracture toughness, ultimate strength and fracture strain and of the samples is in the 0.5% sample, with a 12.6%, 9.8% and 12.6% increase with respect to neat sample, respectively. The result of the mode I interlaminar fracture toughness test of hybrid nano-composites shows that the maximum change in value of the force (in force-displacement diagram) and value of the energy (of crack propagation in mode I interlaminar fracture), is in 0.5% sample, with a 24.4% and 24.15% increase respect to neat sample, respectively.