مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه رفتار پرکولیشن خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با نانوذرات با استفاده از مدل‌سازی میکرومکانیکی سه‌بعدی

نویسندگان
1 دانشیار دانشگاه گیلان
2 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت
چکیده
بهبود چشمگیر خواص مکانیکی پلیمرهای تقویت شده با نانوذرات در درصد‌های حجمی نسبتا کم، سبب شده است که استفاده از نانوکامپوزیت‌های زمینه پلیمری افزایش یابد. وجود ناحیه فاز میانی بین نانوذرات و زمینه پلیمری دلیل اصلی افزایش خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌ها می‌باشد. در این تحقیق، با استفاده از یک مدل میکرومکانیکی بر مبنای سلول واحد، رفتار پرکولیشن خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با نانوذرات مورد بررسی قرار می‌گیرد. المان حجمی نماینده نانوکامپوزیت از سه فاز شامل نانوذرات، زمینه پلیمری و فاز میانی تشکیل می‌شود. هندسه المان حجمی نانوکامپوزیت به c×r×h نانوسلول در سه بعد تقسیم شده و حالت توزیع نانوذرات در زمینه بصورت اتفاقی می‌باشد. اثرات ناحیه فاز میانی شامل ضخامت و مدول الاستیک و هندسه نانوذرات بر رفتار پرکولیشن نانوکامپوزیت تشریح می‌شود. نتایج مدل‌سازی نشان می‌دهد که با کاهش اندازه‌ی نانوذرات یا با افزایش نسبت منظر فاز تقویت، درصد حجمی بحرانی نانوکامپوزیت کاهش می‌یابد. نتایج پیش‌بینی شده با مدل میکرومکانیکی حاضر در تطابق خوبی با نتایج مدل‌های میکرومکانیکی دیگر می‌باشند. نتایج گزارش شده در این تحقیق می‌تواند جهت مدل‌سازی و طراحی بهینه نانوکامپوزیت‌های تقویت شده با نانوذرات با بالاترین صرفه اقتصادی مورد استفاده قرار بگیرد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Study on the percolation behavior of the mechanical properties of nanoparticle reinforced polymer nanocomposites using three-dimensional micromechanical modeling

نویسندگان English

Reza Ansari Khalkhali 1
Mohammad Kazem Hassanzadeh Aghdam 2
Ali Mashkor 2
چکیده English

Significant improvements in mechanical properties of polymers reinforced with nanoparticles at relatively low volume fractions, is caused that the use of polymer nanocomposites increase. The main reason for the increase in mechanical properties of nanocomposites is the presence of an interphase region between the nanoparticles and polymer matrix. In this work using a unit cell-based micromechanical model, the percolation behavior of the mechanical properties of nanoparticle reinforced polymer nanocomposites is investigated. The Representative Volume Element (RVE) of nanocomposites consists of three phases including nanoparticles, polymer matrix and interphase. The RVE is extended to c×r×h nano-cells in three dimensions and the state of dispersion of nanoparticles into matrix is random. Effects of interphase region including its thickness and elastic modulus and nanoparticle geometry on the percolation behavior of the nanocomposite are studied. Results show that with decreasing the nanoparticle size or increasing aspect ratio of nanoparticle, critical volume fractions decreases. The predicted results of the present micromechanical model are in good agreements when compared with results of the other micromechanical model. The herein reported results could be useful to guide the modeling and optimal design of nanocomposite reinforced by nanoparticles with the highest economic interest.

کلیدواژه‌ها English

Nanoparticle
Percolation
Interphase
Micromechanics
Nanocomposite Mechanical Property