مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه آزمایشگاهی خواص مکانیکی پوشش‌های کامپوزیتی زمینه وینیل استر تقویت شده با الیاف شیشه، نانو ذرات TiO2و نانو الیاف کربن

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
فائزه دلفریبان 1
مرتضی علیزاده 2
مسلم طیبی 3
عرفان صلاحی نژاد
1 فارغ تحصیل کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی شیراز
2 دانشیار گروه مهندسی مواد دانشگاه صنعتی شیراز
3 دانشجوی دکتری مهندسی مواد دانشگاه صنعتی شیراز
چکیده
در این تحقیق، پوشش های کامپوزیتی زمینه وینیل استر تقویت شده با الیاف شیشه نوع E، نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم و نانو الیاف کربن به روش لایه گذاری دستی تولید گردید و خواص مکانیکی آن­ها مورد بررسی قرار گرفت. خواص مکانیکی کامپوزیت­­های تقویت شده با الیاف با استفاده از آزمون­های کشش، ضربه، سختی سنجی، چسبندگی و سایش مورد بررسی قرار گرفت. میکروسکوپ الکترونی روبشی به منظور بررسی سطوح شکست نمونه­های آماده شده بکار گرفته شد. نتایج آزمون کشش نشان داد که با تقویت زمینه­ی رزین وینیل استر توسط الیاف شیشه، استحکام به میزان 5 برابر و درصد ازدیاد طول 8 برابر افزایش می­یابد. با تقویت کامپوزیت الیافی توسط نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم و نانو الیاف کربن تغییری در استحکام کامپوزیت الیافی ایجاد نشد اما میزان درصد ازدیاد طول کامپوزیت الیافی به میزان 6/1 برابر تغییر یافت. استحکام ضربه کامپوزیت الیافی و نانو کامپوزیت الیافی نسبت به رزین وینیل استر به ترتیب حدود20 و 29 برابر افزایش نشان داد. نتایج آزمون چسبندگی حاکی از آن می­باشد که حضور نانو ذرات در نانو کامپوزیت الیافی موجب بهبود چسبندگی آن به سطح بتن می­شود. بررسی نتایج آزمون سایش نشان داد که حضور الیاف شیشه در زمینه وینیل استر موجب کاهش مقاومت به سایش و حضور نانو ذرات در نانو کامپوزیت الیافی موجب بهبود مقاومت به سایش کامپوزیت الیافی می­شود.

کلیدواژه‌ها
رزین وینیل استر
الیاف شیشه نوع E
کامپوزیت الیافی
نانو کامپوزیت الیافی

موضوعات

عنوان مقاله English

Laboratory study on the mechanical properties of vinyl ester matrix composite coatings reinforced by glass fiber, Nano TiO2 and Carbon Nanofibers

نویسندگان English

faezeh delfariban 1
Morteza Alizadeh 2
moslem tayyebi 3
E. Salahinejad
1 Department of Materials Science and Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz, Iran
2 Department of Materials Science and Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz, Iran
3 Department of Materials Science and Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz, Iran
چکیده English

In this research, vinyl ester matrix composite coatings reinforced by E-glass fibers, Nano TiO2, and Carbon Nanofiber were prepared by hand lay-up method and their mechanical properties were investigated. The mechanical properties of fiber-reinforced composites were investigated by the tensile, impact, hardness, shear test, and wear tests. Scanning electron microscopy was employed in order to study the fracture surface of the prepared samples. The results of the tensile test showed that the presence of the E-glass fibers in the vinyl ester matrix increases the strength about 4 times and the elongation about 8 times. There was no change in the fiber-reinforced composite strength by reinforcing the composite with nanoparticles of TiO2 and carbon Nanofiber, but the elongation of the fiber-reinforced composite increased by 1.6 times. Impact resistance of fiber-reinforced composite and fiber-reinforced nanocomposite relative to vinyl ester resin increased about 20 and 29 times. The presence of glass fiber and Nanoparticles in the vinyl ester matrix increases the hardness of the samples about 1.5 to 2 times. The results of the adhesion test demonstrated that the presence of nanoparticles in fiber-reinforced nanocomposite improves adhesion to concrete surfaces. Also, the results of the wear test showed that the presence of glass fiber in the matrix of vinyl ester reduces wear resistance and the presence of Nanoparticles in fiber-reinforced nanocomposite improves wear resistance of the fiber-reinforced composite.

کلیدواژه‌ها English

Vinyl ester resin
E-type glass fiber
fiber-reinforced composite
fiber-reinforced nanocomposite
[1] Jawaid M, Khalil HA, Bakar AA, Khanam PN. Chemical resistance, void content and tensile properties of oil palm/jute fibre reinforced polymer hybrid composites. Materials & Design. 2011;32(2):1014-9.
[2] Hensher DA. Fiber-reinforced-plastic (FRP) reinforcement for concrete structures: properties and applications: Elsevier; 2016.
[3] Tamimi AJM, Structures. High-performance concrete mix for an optimum protection in acidic conditions. 1997;30(3):188-91.
[4] Rodriguez F, Cohen C, Ober CK, Archer L. Principles of polymer systems: CRC Press; 2014.
[5] Liu B, Wang YJPiOC. A novel design for water-based modified epoxy coating with anti-corrosive application properties. 2014;77(1):219-24.
[6] Agarwal BD, Broutman LJ, Chandrashekhara K. Analysis and performance of fiber composites: John Wiley & Sons; 2017.
[7] Brauer SJEIMR, Network K. Polymer nanocomposites: nanoparticles, Nanoclays and Nanotubes. 2004:126-64.
[8] Guchhait P, Bhandari S, Singh S, Rahaman MJIJoPT. Study on the effect of nanosilica particles on morphology, thermo-mechanical and electrical properties of liquid polysulfide modified epoxy hybrid nanocomposites. 2011;15(2):150-62.
[9] Haque A, Shamsuzzoha M, Hussain F, Dean DJJoCm. S2-glass/epoxy polymer nanocomposites: manufacturing, structures, thermal and mechanical properties. 2003;37(20):1821-37.
[10] Wonderly C, Grenestedt J, Fernlund G, Cěpus EJCPBE. Comparison of mechanical properties of glass fiber/vinyl ester and carbon fiber/vinyl ester composites. 2005;36(5):417-26.
[11] Tayyebi M, Eghbali B. Microstructure and mechanical properties of SiC-particle-strengthening tri-metal Al/Cu/Ni composite produced by accumulative roll bonding process. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2018;25(3):357-64.
[12] EL-Wazery M, EL-Elamy M, Zoalfakar SJIJoAS, Engineering. Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforced Polyester Composites. 2017;14(3):121-31.
[13] Thostenson ET, Chou T-WJJopDAp. Aligned multi-walled carbon nanotube-reinforced composites: processing and mechanical characterization. 2002;35(16):L77.
[14] Uddin MF, Sun CJCS, Technology. Strength of unidirectional glass/epoxy composite with silica nanoparticle-enhanced matrix. 2008;68(7-8):1637-43.
[15] Xanthos M. Functional fillers for plastics: John Wiley & Sons; 2010.
[16] Tanaka K, Uchiyama Y, Toyooka SJW. The mechanism of wear of polytetrafluoroethylene. 1973;23(2):153-72.
[17] Fung C-PJw. Manufacturing process optimization for wear property of fiber-reinforced polybutylene terephthalate composites with grey relational analysis. 2003;254(3-4):298-306.
[18] Maiti P, Nam PH, Okamoto M, Hasegawa N, Usuki AJM. Influence of crystallization on intercalation, morphology, and mechanical properties of polypropylene/clay nanocomposites. 2002;35(6):2042-9.
[19] Avazzadeh M, Alizadeh M, Tayyebi M. Investigation of Microstructure and Tensile Properties of CuZnAl Shape Memory Alloy Produced by Accumulative Roll Bonding and Subsequent Heat Treatment. Modares Mechanical Engineering. 2020;20(9):2185-95.
[20] Khedkar J, Negulescu I, Meletis EIJW. Sliding wear behavior of PTFE composites. 2002;252(5-6):361-9.
[21] Wang Q-H, Xue Q-J, Liu W-M, Chen J-MJW. The friction and wear characteristics of nanometer SiC and polytetrafluoroethylene filled polyetheretherketone. 2000;243(1-2):140-6.
[22] Mirmohseni A, Zavareh SJJopr. Epoxy/acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer/clay ternary nanocomposite as impact toughened epoxy. 2010;17(2):191-201.
[23] Tayyebi M, Rahmatabadi D, Adhami M, Hashemi R. Manufacturing of high-strength multilayered composite by accumulative roll bonding. Materials Research Express. 2019.
[24] Kim J, Liu F, Choi H, Hong S, Joo JJP. Intercalated polypyrrole/Na+-montmorillonite nanocomposite via an inverted emulsion pathway method. 2003;44(1):289-93.
[25] Morgan AB, Gilman JWJJoAPS. Characterization of polymer‐layered silicate (clay) nanocomposites by transmission electron microscopy and X‐ray diffraction: A comparative study. 2003;87(8):1329-38.
[26] Kawasumi M, Hasegawa N, Kato M, Usuki A, Okada AJM. Preparation and mechanical properties of polypropylene− clay hybrids. 1997;30(20):6333-8.
[27] Chao S-H, Naaman AE, Parra-Montesinos GJJASJ. Bond behavior of reinforcing bars in tensile strain-hardening fiber-reinforced cement composites. 2009;106(6):897.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 21، شماره 5
اردیبهشت 1400
صفحه 341-351