مطالعه اثر انباشتگي و پراكندگي تقويت‌كننده روي خواص ويسكوالاستيك نانوكامپوزيت‌هاي پليمري تقويت‌شده با نانولوله كربني

Investigation of Agglomeration and Dispersion of Reinforcement on the Viscoelastic Properties of CNT Reinforced Polymeric Composites

در اين تحقيق، اثر پديده انباشتگي و پراكندگي تقويت‌كننده روي خواص ويسكوالاستيك نانوكامپوزيت‌هاي پليمري تقويت شده با نانولوله كربني بصورت پارامتريك مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. بدين منظور خواص كامپوزيت با روش ميكرومكانيكي موري-تاناكا با فرض آرايش نانولوله بصورت كاملاً تصادفي تعيين مي‌شود. سپس با فرض تجمع نانولوله‌ها داخل نواحي كروي شكل، دو پارامتر براي مدل‌سازي انباشتگي و پراكندگي نانولوله تعريف و در روابط ميكرومكانيك اعمال مي‌گردد و خواص داخل و خارج نواحي كروي و خواص كلي نانوكامپوزيت بدست مي‌آيند. خواص پليمر زمينه بصورت ويسكوالاستيك فرض شده كه براي شبيه‌سازي آن از مدل جامد خطي استاندارد كه داراي 3 پارامتر ساختاري است ستفاده مي‌شود. با توجه به وابسته به زمان بودن معادلات ساختاري ماده زمينه، استفاده مستقيم از روش‌هاي ميكرومكانيك ميسر نيست. بنابراين با استفاده از تبديل لاپلاس، شكل جبري اين معادلات در روابط روش موري-تاناكا وارد مي‌گردند. براي صحت‌سنجي مدل، نتايج حاصل از مدل‌سازي با داده‌هاي تجربي موجود براي نانوكامپوزيت پليمري تقويت شده با نانولوله كربني مقايسه مي‌شوند. بررسي پارامترهاي انباشتگي روي خواص نشان مي‌دهد كه هرچه نانولوله‌ها كمتر انباشته باشند، خواص ويسكوالاستيك بهتري حاصل مي‌شود.

In this research, the effect of agglomeration and dispersion of the Carbon nanotubes (CNTs) on the viscoelastic properties of CNT-reinforced polymeric nanocomposites is investigated, parametrically. The effective properties of the nanocomposite are obtained by Mori-Tanaka micromechanical approach, assuming completely random oriented CNTs. Considering spherical shaped inclusions for CNTs agglomerated region, two parameters are presented and applied to Mori-Tanaka micromechanical method to model the agglomeration and dispersion of the CNTs. The polymeric matrix is assumed to be viscoelastic. The viscoelastic properties of polymer matrix are simulated by standard linear solid model with three structural parameters. Due to time-dependency of constitutive equation of the matrix, direct using of the micromechanical method is not possible. Hence, the constitutive equations of the matrix are transferred to the Laplace domain and algebraic form the mentioned equations are inserted to the Mori-Tanaka relations. To verify the model, predicted results of that are compared with available experimental data for CNT reinforced polymeric nanocomposites. Investigation of agglomeration parameters shows that the overall properties of the composite can be improved by decreasing agglomeration of the CNTs.