مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی، ساخت و بررسی خواص مکانیکی و الکتریکی کامپوزیت پلیمری تفلون تقویت شده با الیاف شیشه

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
رضا سرخوش 1
حمیدرضا زارعی 2
1 دانشگاه علوم وفنون هوایی شهید ستاری
2 دانشگاه علوم وفنون هوایی شهید ستاری،تهران
چکیده
تحمل دماهای بالا در مواد مرکب یکی از پارامترهایی است که همواره مورد توجه می­باشد. به ‌ویژه زمانی که این نوع مواد در بخش‌های حساس وسایل پرنده مورد استفاده قرار می­گیرند. عموماً بخش‌های حساس وسایل پرنده می‌بایست علاوه بر شفافیت راداری، مقاومت مکانیکی خوبی نیز در دماهای بالا دارا باشند. به این منظور کامپوزیت با زمینه تفلون یکی از گزینه‌های مناسب می­باشد. تفلون از جمله پلیمرهایی است که دارای مقاومت در برابر حرارت بالا و ثابت دی­الکتریک پایین است. در این مقاله فرآیند آماده­سازی کامپوزیت پلیمری تفلون تقویت شده با الیاف شیشه به روش پخت معمولی صورت گرفته است. به منظور دستیابی به فرآیند بهینه پخت کامپوزیت زمینه تفلون، سیکل‌های مختلف دما و زمان انتخاب و بررسی شده و سیکل بهینه پخت این‌گونه مواد مرکب با روش طراحی آزمایش بدست آمده است. درادامه خواص مکانیکی کامپوزیت‌های تولید شده با فرآیند پخت متفاوت، اندازه‌گیری شدند. جهت تعیین خواص مکانیکی آزمون کشش و جهت تعیین خواص الکتریکی و اکترومغناطیسی آزمون تست ثابت دی­الکتریک در باند X انجام گرفت. هم چنین تانژانت تلفات کامپوزیت تولید شده نیز به دست آمد. ماکزییم استحکام کششی و مدول یانگ کششی که در این پژوهش به دست آمد به ترتیب برابر با 130 مگاپاسکال و 3/65 گیگاپاسکال است. ماکزیمم ثابت دی­الکتریک و تانژانت تلفات نمونه­های تولیدی در باند X به ترتیب برابر با 2/37 و 0/096 است. درنهایت به منظور اعتبار سنجی نتایج بدست آمده در این تحقیق، نتایج آزمون‌های انجام شده با نتایج سایر مراجع در این زمینه مقایسه شده است.
کلیدواژه‌ها
رزین تفلون
کامپوزیت پایه تفلون
خواص مکانیکی و الکترومغناطیسی
ثابت دی‌الکتریک
تانژانت تلفات

موضوعات

عنوان مقاله English

Design, Manufacturing and mechanical and electrical properties evaluation of glass fiber reinforced PTFE polymer matrix composites

نویسندگان English

Reza Sarkhosh 1
Hamidreza Zarei 2
1 Instructor, Faculty of Aerospace Engineering, Aeronautical University of Science and Technology, Tehran, Iran, 02182883938, P.O.B. 1384663113 Tehran, R.sarkhosh@ssau.ac.ir
2 Associate Professor, Graduate Center, Aeronautical University of Science and Technology, Tehran, Iran, zarei@ssau.ac.ir
چکیده English

Composites that withstand high temperatures are one of the parameters that always is the focus of attention. Especially when this type of material in sensitive parts flying craft is used. Generally, sensitive parts of flying craft should be also, radar transparency, have good mechanical strength at high temperatures. PTFE matrix composite is one of the options suitable for this purpose. PTFE is one of the polymers that have high heat resistance and low dielectric constant. This article processing preparation of glass fiber reinforced PTFE polymer matrix composites with conventional sintering methods. Then composite sheets made from E-glass woven fabric with PTFE have been produced with conventional sintering methods. To achieve optimal sintering processing of PTFE matrix composite, various cycles of time and temperature were selected and the optimal sintering cycle for such composite materials is obtained by the design of the experimental method. Then the mechanical properties of composites with different sintering processes were measured. To determine the mechanical properties, a tensile test was performed, and to determine the electrical and electromagnetic properties, a dielectric constant test in X-band was performed. The loss tangent, as well as composite products obtained. The maximum tensile strength and tensile modulus were achieved in this research respectively equal to 130 Mpa and 3.65 GPa. Constant dielectric and Loss tangent of the samples produced in the x-band are 2.37 and 0.096, respectively. Finally, to validate results in this research, the results of the performed tests were compared with the results of other references in this context.

کلیدواژه‌ها English

Polytetrafluoroethylene resin
PTFE-based composites
mechanical and electromagnetic properties
dielectric constan
Loss tangent
[1] Guang, C. S., and Wang, W. S., Fluoropolymers and Their Applications., Chemical Engineering Press. Beijing, China, 2004; Chapter 2.

[2] Aglan, H., and Gan, Y., El-Hadik, M., Faughnan, P., Bryan, C. Evaluation of the fatigue fracture resistance of unfilled and filled polytetrafluoroethylene materials. Journal of materials science. Vol. 34, pp. 83-97, 1999.
[3] RT/duroid 5870/5880 High Frequency Laminates; Advanced Circuit Material; Ragers Corporation.

[4] G.Robert Traut, conn. Method of manufacture of improved radome structure, inventor :; assingnee: Ragers corporation, Ragers, conn. Appl. No: 263,191, Filed: May 13, 1981.

[5] Ashby M., Materials selection in mechanical design., 3rd ed. Oxford: Butter worth-Heinemann; 2005.
[6] Ebnesajjad S., Fluoroplastics. Non-melt processible fluoroplastics, vol.1.Norwich, NY: William.

[7] Li, HuLinYin, ZhongWei Jiang, Dan Huo,YaJunCui, YuQing; “Tribological behavior of hybrid PTFE/Kevlar fabric composites with nano-Si3N4 and submicron size WS2 fillers”, Journal of Tribology International, Vol 80, pp. 172-178, 2014.
[8] Yan, Yanhong. Jia, Zhining. Yang, Yulin; “Preparation and mechanical properties of PTFE/nano-EG composites reinforced with nanoparticles”, Journal of Procedia Environmental Sciences, Vol. 10,pp. 929-935, 2011.
[9] S. Rajesh, V.S. Nisa, K.P. Murali, R. Ratheesh; “Microwave dielectric properties of PTFE/rutile nanocomposites”, Journal of alloys and compounds, Vol. 477,pp. 677-682, 2009.

[10] T.S. Sasikalaa, M.T. Sebastian., “Mechanical, thermal and microwave dielectric properties of Mg2SiO4 filled Polyteterafluoroethylene composites”, Journal of Ceramics International, Vol. 42,pp. 7551-7563, 2016.
[11] Jiang, Hong. Chen, Li. Chai, Songgang.Yao, Xuelin.Chen, Feng.Fu,Qiang. Facile fabrication of poly (tetrafluoroethylene)/graphene nanocomposite via electrostatic self-assembly approach. ”, Journal of Composites science and technology, Vol. 103,pp. 28-35, 2014.
[12] Shen, JT., Top, M. Pei, YT., De Hosson, J Th M., “Wear and friction performance of PTFE filled epoxy composites with a high concentration of SiO2 particles”, Journal of Wear, Vol. 322,pp. 171-180, 2015.
[13] Gu, A., and Liang G. New Approach to Fabricate Densificated Continuous Fibre Reinforced Polytetrafluoroethylene Composites with Significantly Improved Interfacial Bonding and Mechanical Properties. Journal of Applied Polymer Science, v.104, p. 3588-3591, 2006.

[14] Gu A, Liang G, Yuan L. Novel preparation of glass fiber reinforced polytetrafluoroethylene composites for application as structural materials. Polymers for Advanced Technologies. Vol. 20, No. 1 , pp. 39-42, 2009.

[15] Riul .C., and Tita .V., and de Carvalho .J., and Canto .R.B., Process Parameters Investigation On The Fibre-Matrix Adhesion Of Continuous Fibres Reinforced Polytetrafluoroethylene (PTFE). Anais do 17th International Conference on Composite, 2009.
[16] Riul .C., and Tita .V., and de Carvalho .J., and Canto .R.B., Processing and mechanical properties evaluation of glass fiber-reinforced PTFE laminates. Composites Science and Technology. Vol. 72, No. 12 , pp. 1451-1458, 2012.

[17] Jog, J. P. Solid state processing of polymers: A review. Advances in Polymer Technology: Journal of the Polymer Processing Institute. Vol. 12, No. 3 , pp. 281-289, 1993.

[18] Klaas, N. V.; Marcus, K.; Kellock, C. The tribological behaviour of glass filled polytetrafluoroethylene. Tribology International. Vol. 38, No. 9 , pp. 824-833
, 2005.

[19] Andena, L.; Rink, M.; Polastri, F. Polym Eng Sci 2004, 44, Andrew Publishing; 2000.

[20] ASTM-D638-10.Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics. West Conshohocken, PA 19428-2959, United States; 2002.
[21] ASTM-D5568 Standard Test Method for Measuring Relative Complex Permittivity and Relative Magnetic Permeability of Solid Materials at Microwave Frequencies using waveguide.

[22] Jahier, D. Le. PTFE (polytétrafluoroéthylène): présentation et applications.Publications CETIM, 1992.
[23] Wu JJ, Buckley CP, O’Connor JJ. Mechanical integrity of compression-moulded ultra-high molecular weight polyethylene: effects of varying process conditions. Biomaterials;23(17):3773–83. 2002.
[24] Friedrich, K.; Reinicke R. and Zhang. Z. Wear of Polymer Composites. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. v.216 p.415-426, 2002.
[25] Oshima, A.; Udagawa, A.; Tanaka, S. Fabrication of polytetrafluoroethylene/ carbon fibre composites using radiation crosslinking. Radiation Physics and Chemistry, v.62, p. 77–81, 2001.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 21، شماره 2
بهمن 1399
صفحه 117-127