رفتار كامپوزيت‌هاي چندمقياسي اپوكسي-الياف كربن حاوي نانوصفحات گرافن تحت بارگذاري عرضي

On the behavior of multiscale carbon fiber-epoxy composites containing graphene nanoplatelets under transverse loading

مواد كامپوزيتي به دليل ويژگي‌هاي منحصربه فردي مانند استحكام ويژه و سفتي ويژه بالا كاربردهاي زيادي درصنايع خودروسازي،هوافضا،حمل ونقل وهمچنين ديگر صنايع دارند.در تحقيق حاضر، به بررسي اثر افزودن نانوگرافن در مقادير مختلف(صفر، 0/1، 0/2،0/3، 0/4 و 0/5درصد وزني نسبت به زمينه) بر رفتارمكانيكي كامپوزيت ­هاي زمينه اپوكسي حاوي الياف كربن تحت بارگذاري عرضي پرداخته شده است. براي پخش نانوصفحات گرافن درون زمينه پليمري از دو روش همزدن با سرعت بالا و اعمال امواج اولتراسونيك استفاده شد.براي ساخت نمونه‌هاي كامپوزيتي از روش لايه‌گذاري دستي استفاده شد و در ادامه آزمون خمش سه ­نقطه‌اي بر روي نمونه‌ها صورت پذيرفت.نتايج به دست آمده نشان داد كه بيشترين ميزان بهبود در رفتار خمشي به ازاي افزودن 0/4 درصد وزني نانوگرافن حاصل شد كه در اين حالت استحكام خمشي، مدول خمشي، انرژي جذب شده به ترتيب به ميزان 39، 135 و47درصد نسبت به كامپوزيت‌هاي فاقد نانوگرافن، افزايش يافت. همچنين مطالعات ميكروسكوپ الكتروني نشان داد كه افزودن نانوصفحات گرافن تاثير بسزايي در بهبود فصل­ مشترك بين الياف كربن و زمينه اپوكسي داشته است.

Composite materials due to their unique properties such as high specific strength and stiffness have gained many applications in automotive, aerospace, transportation and other industries. In this study, the effects of addinggraphene nanoplatelets (GNPs)in various weight percentages (0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5 with respect to matrix) on the flexuralbehaviorof carbon-fiber reinforced epoxy compositeswereassessed. For dispersion of GNPs into the polymer matrix, high speed mechanical stirrer andultrasonic waves were used. Hand lay-up method was used for fabricating the composites, and three-point bendtest for assessing their flexural behavior.Results demonstrated that the maximum improvement in flexural properties was obtained with the optimal amount of 0.4 wt.% of GNPs.The percent enhancements in flexural strength, flexural modulus,and energy absorptionwere 39, 135,and 47, respectively. Also, electron microscopy studies revealed that the addition ofGNPs had a great influence in improving the interfacial characteristics between the matrix and the carbon fibers.