بهبود خواص خمشی کامپوزیت‌های لایه‌ای آلومینیوم-اپوکسی/ الیاف بازالت با استفاده از نانولوله‌های کربنی چندجداره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

اخیراً استفاده از نانوذرات در زمینه های پلیمری به منظور بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت های پلیمری توجه خاصی را به خود جلب کرده است. اما موضوع بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت های لایه ای الیاف/ فلز در اثر افزودن نانوذرات به خوبی مشخص نشده است. هدف از مطالعه حاضر، بررسی تاثیر نانولوله های کربنی چندجداره بر خواص خمشی کامپوزیت های الیاف/ فلز متشکل از لایه های متناوب آلیاژ آلومینیوم 2024 به همراه اپوکسی تقویت شده با الیاف بازالت می باشد. نتایج نشان داد که در اثر افزودن نانولوله های کربنی چندجداره تا مقدار0/5 درصد وزنی، یک روند افزایشی در مقادیر استحکام خمشی و مدول خمشی نمونه ها حاصل می شود، اما در مقادیر بالاتر نانولوله های کربنی چندجداره روند معکوسی مشاهده می شود. بنابراین، در این تحقیق، مقدار بهینه نانولوله کربنی چندجداره برابر با 0/5 درصد وزنی می باشد، به طوری که در مقایسه با نمونه بدون نانولوله کربنی، مقادیر استحکام خمشی و مدول خمشی به ترتیب 62/36 و 16/60 درصد بهبود پیدا می کند. مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز نشان داد که مکانیزم های بیرون زدگی و پل زنی نانولوله های کربنی دلیل اصلی این بهبود به دست آمده می باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Improvement in the flexural properties of basalt fibers/epoxy-aluminum laminate composites using multi-walled carbon nanotubes

نویسندگان [English]

  • Hamed Aghamohammadi
  • Reza Eslami Farsani
Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Recently, to improve the mechanical properties of polymeric composites, the inclusion of various nano particles into the polymer matrices has received much attention. But, it is not well established whether nano particles can enhance the mechanical properties of fiber metal laminates (FMLs). The present study aims to investigate the effect of multi-walled carbon nano tubes (MWCNTs) on the flexural behavior of a FML made up of alternating layers of Al 2024 along with basalt fibers reinforced epoxy. Results showed that the flexural strength and flexural modulus of samples have an upward trend up to 0.5 wt. % loading, but beyond that a downward trend was observed. Therefore, in this research, the optimal content of MWCNTs for the best flexural properties was the 0.5 wt. % and comparing to the samples without MWCNTs, the flexural strength and flexural modulus values was found to 36.62 % and 60.16 % improvement, respectively. Also, Scanning Electron Microscopy (SEM) observations showed that the mechanisms of CNT-pull-out and CNT-bridging was the main reason for this findings.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fiber metal laminates
  • Basalt fibers
  • Multi-walled carbon nanotubes
  • Flexural properties

مراجع

[1] T. Sinmazçelik, E. Avcu, M.Ö. Bora, O. Çoban, A review: Fibre metal laminates, background, bonding types and applied test methods, Materials & Design, 32(7) (2011) 3671-3685.
[2] X. Li, W. Zhang, S. Zhai, S. Tang, X. Zhou, D. Yu, X. Wang, Investigation into the toughening mechanism of epoxy reinforced with multi-wall carbon nanotubes, e-Polymers, 15(5) (2015) 335-343.
[3] L. Meszaros, I.M. Gali, T. Czigany, T. Czvikovszky, Effect of nanotube content on mechanical properties of basalt fibre reinforced polyamide 6, Plastics, Rubber and Composites, 40(6-7) (2013) 289-293.
[4] M. Sánchez, M. Campo, A. Jiménez-Suárez, A. Ureña, Effect of the carbon nanotube functionalization on flexural properties of multiscale carbon fiber/epoxy composites manufactured by VARIM, Composites Part B: Engineering, 45(1) (2013) 1613-1619.
[5] N. Jahan, M.V. Hosur, S. Jeelani, Low-Velocity Impact Response of Woven Carbon Epoxy Composites with MWCNTs, (2013) 1586-1592.
[6] M. Konstantakopoulou, G. Kotsikos, Effect of MWCNT filled epoxy adhesives on the quality of adhesively bonded joints, Plastics, Rubber and Composites, 45(4) (2016) 166-172.
[7] M.M. Rahman, S. Zainuddin, M.V. Hosur, J.E. Malone, M.B.A. Salam, A. Kumar, S. Jeelani, Improvements in mechanical and thermo-mechanical properties of e-glass/epoxy composites using amino functionalized MWCNTs, Composite Structures, 94(8) (2012) 2397-2406.
[8] Y. Zhou, F. Pervin, L. Lewis, S. Jeelani, Experimental study on the thermal and mechanical properties of multi-walled carbon nanotube-reinforced epoxy, Materials Science and Engineering: A, 452-453 (2007) 657-664.
[9] M.T. Kim, K.Y. Rhee, J.H. Lee, D. Hui, A.K.T. Lau, Property enhancement of a carbon fiber/epoxy composite by using carbon nanotubes, Composites Part B: Engineering, 42(5) (2011) 1257-1261.
[10] A. Godara, L. Mezzo, F. Luizi, A. Warrier, S.V. Lomov, A.W. van Vuure, L. Gorbatikh, P. Moldenaers, I. Verpoest, Influence of carbon nanotube reinforcement on the processing and the mechanical behaviour of carbon fiber/epoxy composites, Carbon, 47(12) (2009) 2914-2923.
[11] M.M. Shokrieh, A. Saeedi, M. Chitsazzadeh, Evaluating the effects of multi-walled carbon nanotubes on the mechanical properties of chopped strand mat/polyester composites, Materials & Design, 56 (2014) 274-279.
[12] G.B. Chai, P. Manikandan, Low velocity impact response of fibre-metal laminates:A review, Composite Structures, 107 (2014) 363-381.
[13] X. Li, X. Zhang, H. Zhang, J. Yang, A.B. Nia, G.B. Chai, Mechanical behaviors of Ti/CFRP/Ti laminates with different surface treatments of titanium sheets, Composite Structures, 163 (2017) 21-31.
[14] M. Sadighi, R.C. Alderliesten, R. Benedictus, Impact resistance of fiber-metal laminates: A review, International Journal of Impact Engineering, 49 (2012) 77-90.
[15] H. Zarei, M. Fallah, G. Minak, H. Bisadi, A. Daneshmehr, Low velocity impact analysis of Fiber Metal Laminates (FMLs) in thermal environments with various boundary conditions, Composite Structures, 149 (2016) 170-183.
[16] L.L. Zhai, G.P. Ling, Y.W. Wang, Effect of nano-Al2O3 on adhesion strength of epoxy adhesive and steel, International Journal of Adhesion and Adhesives, 28(1-2) (2008) 23-28.
[17] A. Fereidoon, N. Kordani, Y. Rostamiyan, D. Ganji, M. Ahangari, Effect of carbon nanotubes on adhesion strength of e-glass/epoxy composites and alloy aluminium surface, World Appl Sci J, 9(2) (2010) 204-210.
[18] Z. Asaee, M. Mohamed, D. De Cicco, F. Taheri, Low-velocity impact response and damage mechanism of 3D fiber-metal laminates reinforced with amino-functionalized graphene nanoplatelets, International Journal of Composite Materials, 7(1) (2017) 20-36.
[19] R. Amooyi Dizaji, M. Yazdani, E. Aligholizadeh, A. Rashed, Effect of 3D‐woven glass fabric and nanoparticles incorporation on impact energy absorption of GLARE composites, Polymer Composites, (2017) (in press).
[20] S. Abrate, Impact engineering of composite structures, Springer Science & Business Media, 2011.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 51، شماره 3
مرداد و شهریور 1398
صفحه 81-90

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار