مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی خواص سایش فرسایشی نانو کامپوزیت‌ پایه پلیمری پلی آمید6 / نانو رس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
مهدی حقی 1
محمدرضا شبگرد 1
گوهر رنجبری 2
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
2 گروه مهندسی مکانیک، واحد ارس، دانشگاه آزاد اسلامی، جلفا، ایران
10.48311/mme.2026.117765.82891
چکیده
کامپوزیت های زمینه پلیمری تقویت شده با ذرات صلب توسط فرایند اصطکاک اغتشاشی در مقایسه با پلیمرهای تقویت نشده، دارای استحکام، مدول یانگ و مقاومت به سایش بالاتری میباشند که این باعث افزایش روزافزون کاربرد آن‌ها در صنایع هوافضا و حمل و نقل گردیده است. در این پژوهش تاثیر درصد وزنی نانو ذرات، فشار و زاویه برخورد ذرات ساینده بر روی نرخ سایش فرسایشی لایه سطحی نانوکامپوزیتی تولید شده توسط فرآیند اصطکاکی اغتشاشی، به صورت تجربی بررسی شده است. پلی آمید6 به عنوان زمینه پلیمری و نانو خاک رس از نوع Closit20A با درصد‌های وزنی 2، 4 و 6 به عنوان ذرات تقویت کننده استفاده شده است. برای انجام آزمایش‌ سایش فرسایشی از یک دستگاه پاشش ذرات ساینده استفاده گردیده است. نتایج نشان می‌دهد با تغییر زاویه برخورد ذرات ساینده، نرخ فرسایش به شدت تغییر می کند. در زوایای پایین (30-15 درجه)، نانوکامپوزیت6 درصدنانورس، بیشترین مقاومت فرسایشی را از خود نشان داد در حالی که در زوایای برخورد بالا (90-60درجه)، نانوکامپوزیت 2درصد نانورس، مقاومت فرسایشی بهتری از خود نشان داد. با افزایش فشار پاشش ذرات ساینده، مشاهده گردید که در تمامی آزمایش‌ها نرخ سایش فرسایشی افزایش می‌یابد.‌
کلیدواژه‌ها
پلی‌آمید6- نانو خاک رس- نانو کامپوزیت- سایش فرسایشی

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Study on Erosion Properties of Polymeric Based Polyamide/Nano clay Composites

نویسندگان English

Mehdi Haghi 1
Mohammad Reza Shabgard 1
Gohar Ranjbari 2
1 Department of Manufacturing Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Ara.C., Islamic Azad University, Jolfa, Iran
چکیده English

The high strength, Young modulus, wear resistance of particle-reinforced polymer-based composites as compared to pure polymers cause increasing application of this material group in aerospace and transportation industry. In many situations, the part life depends on the surface properties such as wear resistance and surface quality. Friction stir process (FSP) is a process that can reinforce the surface layer of polymers without affecting the bulk of it. This process can distribute the filler uniformly in a specific layer thickness of matrix. In this study, the effects of nanoparticle content (wt%), pressure and incident angle of particles on erosion rate of nano-composite layer, which is formed by friction stir process, were experimentally investigated. The Material used for the matrix of nano-composite was polyamide 6 (PA6). The nanoclay (closite 20A), at three content level of 2, 4, and 6wt%, was selected as reinforcing particles to increase the strength and wear resistance of fabricated nano-composite layer. The results of experiments indicated that at the low incident angles (15~300) the maximum erosions resistance occurs in polyamide6/clay (6wt%) while at high incident angles (60~900) polyamide 6/clay (2wt%) represented highest level of erosion resistance. In all of the samples, the erosion rate increased as the spraying pressure of nanopartiles elevated.

کلیدواژه‌ها English

polyamide 6, nano clay, nano-composite, erosion

[1]. M. Omidi, "Experimental study of mechanical properties and shrinkage behavior of PP/CaCo3/Clay nanocomposites. ", department of mechanical engineering, Tabriz university, Tabriz, Iran. 1392. (In Persian)

 
[2] M. Habibneghad korayem, "Nanomaterials (Definitions, Properties, Production Methods and Applications) ", Farandish publication, 1386(In Persian)
 
[3]. A. Einstein, "Investigation on theory of Brownian motion. " New York. PP.249-260, 1956.

[4] H. Orang, "Effect of adding calcium carbonate nanoparticles (with different weight percentages) on the mechanical properties of polypropylene/calcium carbonate nanocomposites", department of mechanical engineering, Tabriz university, Tabriz, Iran. 1388. (In Persian).

[5]. T. A. Osswald, L.S. Turng, P. J. Gramann, " Injection Molding Handbook", Hanser Publication. P. 346-347, 2002.
[6] M. H. Pol, G. H. Liaght, F. Hajiarazi, "Experimental investigation of effect of nanoclay on ballistic properties of composites", Modares Mechanical Engineering, Vol. 12, No. 1, pp. 11-20, 2012 (in Persian)
[7]. Bitter, J.G.A., 1964. A study of Erosion Phenomena.
[8]. S. Heo, H. Jang, S. Mallesh, D. Hong, B. Kwak, J. Lee, & Nam, Y. Wing-Shaped Leading-Edge Stealth Composites Using an Over-Expanded Honeycomb Core and a Periodic Pattern Etched on Ni-Coated Glass Fabric for Lightning Strike Protection.‏2024
[9]. Suresha B and Mphammad Ismail. Journal of Manufacturing Engineering, June, 2014, Vol.9, Issue mechanical and erosive wear behaviour of clet filled polyamide66/polypropylene nanocomposites.
[10] M. Mosallaee, S. A. Daneshgar, Improvement of wearing property of Al/ (SiC+BNh) surface hybrid composite fabricated by friction stir processing, Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 9, pp. 381-389, 2017 (in Persian)
[11] Y. Mazaheri, M.M. Jalilvand, A. Heidarpour, & A. R. Jahani. Tribological behavior of AZ31/ZrO2 surface nanocomposites developed by friction stir processing. Tribology International, 143, 2020.‏ doi: 10.1016/j.triboint.2019.106062
[12] Y. Mazaheri, A. Heidarpour, M. M. Jalilvand, & M. Roknian. Effect of friction stir processing on the microhardness, wear and corrosion behavior of Al6061 and Al6061/SiO2 nanocomposites. Journal of Materials Engineering and Performance, 28(8), 4826-4837.‏2019 doi:10.1007/s11665-019-04260-3
[13] A. Jamali, & S. E. Mirsalehi. Production of AA7075/ZrO2 nanocomposite using friction stir processing: metallurgical structure, mechanical properties and wear behavior. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 37, 55-69,‏2022. doi:10.1016/j.cirpj.2021.12.008
[14] S. Kandasamy, P. Rathinasamy, N. Nagarajan, D. Karumalai, M. Thangamuthu, & M. Palaniappan. Assessment of erosion rate on AA7075 based surface hybrid composites fabricated through friction stir processing by taguchi optimization approach. Journal of Adhesion Science and Technology, 36(6), 2022. ‏ doi:10.1080/01694243.2021.1929018
[15] M. Suresh, & S. Mayakannan, S. Optimization of wear behavior in Ti-6Al-4V hybrid nanocomposites reinforced with TiC, ZrO2, and graphite using friction stirprocessing.‏2025 doi:10.17515/resm2025-679me0213rs
[16] A. Khan, P. S. R. Kumar, V. Vignesh & P.M. Mashinini. Investigation of Surface Erosion Characteristics of AA7075–Nano-hybrid Surface Composite using COVI Gene Algorithm. Journal of Bio-and Tribo-Corrosion, 11(1), 30.‏2025 doi:10.1007/s40735-025-00954-5
[17] K. Suganeswaran, S. R. Nathan, R. Vani & T. Mohanraj. Erosion Parameter Optimization of AA7075 Surface Composites with Steel Slag: A Response Surface Methodology Approach for Aircraft Fuselage Applications. Surfaces and Interfaces, 107117.2025‏ doi:10.1016/j.surfin.2025.107117
[18] Kerner EH, "The elastic and thermoelastic properties of composite Media. " Proc Phys Sco B;69:808-13, 1956
[19] A. Ciullo, Peter, "Industrial minerals and their uses: a handbook and formulary", Noyes Publication. P. 113-121. 1996.
[20] M.Y.A Fuad., H. Hanim, R. Zarina., Z. A. Mohd Ishak, and A. Hassan. "Polypropylene/calcium carbonate nanocomposites – effects of processing techniques and maleated polypropylene compatibiliser. " Express Polymer Letters. 10:611-620. 2010, DOI: 10.3144/expresspolymlett.2010.76
[21]. I. Kemal, A. Whittle, R. Burford., T. Vodenitcharova, and M. Hoffman, "Toughening of unmodified polyvinylchloride through the addition of nanoparticulate calcium carbonate. Polymer. " 50:4066-4079,2009.doi:10.1016/j.polymer.2009.06.028
[22]. D.R Paul, L.M Robeson, "Polymer nanotechnology: " nanocomposites. Polymer, doi:10.1016/j. polymer. 04.017, 2008.
[23] H. Wensink., and M.S Elwenspoek. "A closer look at the ductile- brittle transition in solid particle erosion".2002.doi:10.1016/S00431648(02)00223-5
 
[24] M. H. Rastegar Zare, "Erosion of Materials and Its Control by Surface Engineering " (Translation), First Edition. Imam Hossein University Press.
2005(In Persian)
 
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 26، شماره 3
اسفند 1404
صفحه 193-203