ساخت و ارزيابي عملكرد كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري با خواص خودروان‌كاري همزمان جامد- مايع با استفاده از الياف توخالي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري دسته مهمي از مواد مهندسي هستند كه بهبود خواص آن‌ها با توجه به كاربرد موردنظر، ضرورت دارد. توسعه مواد مركب خودروان‌كار از تازه‌ترين فعاليت‌ها در حوزه تريبولوژي كامپوزيت‌ها به‌شمار مي‌رود كه باعث جلوگيري از اتلاف انرژي و افزايش راندمان عملكرد مي‌شود. بهبود رفتار سايشي رزين اپوكسي به‌عنوان يكي از پليمرهاي پركاربرد صنعتي از طريق ساخت كامپوزيت‌هاي خودروان‌كار، محور اصلي اين پژوهش است. توليد دو نوع كامپوزيت حاوي ميكروالياف توپر و ميكروالياف با ساختار پوسته و مغزي، شيوه انتخابي براي دست‌يابي به خاصيت خودروان‌كاري است. با استفاده از فرآيند الكتروريسي هم‌محور، الياف با مغزي روغن و پوسته از جنس پلي‌استايرن به‌همراه 2 درصد وزني نانوذرات گرافيت توليد شد. قرارگيري چنين اليافي نزديك سطح كامپوزيت، سبب تخريب جزئي پوسته الياف در مقابل سايش و راه‌يابي روغن به ناحيه تماس مي‌شود. نانوذرات گرافيت با هدف ايجاد خاصيت روان‌كاري جامد در پوسته الياف حضور دارند. بنابراين چنين كامپوزيتي خاصيت روان‌كاري جامد و مايع را به‌طور همزمان خواهد داشت. ميكروالياف توپر از جنس پلي‌استايرن و نانوذرات گرافيت نيز با فرآيند الكتروريسي ساخته شد. با توجه به اينكه سايش يك پديده سطحي است، ميكروالياف توليدي روي سطح نمونه‌ها و الياف كربن با هدف بهبود خواص مكانيكي در عمق كامپوزيت‌ها قرار گرفت. پس از توليد دو نوع ميكروالياف موردنظر، فرآيند ساخت كامپوزيت‌ها با روش نفوذ در خلأ انجام شد. آزمون سايش پين روي ديسك براي ارزيابي تجربي رفتار تريبولوژيكي سه ماده اپوكسي خالص، كامپوزيت حاوي الياف توپر و كامپوزيت حاوي الياف با مغزي روغن، انجام شد. براي مقايسه رفتار اين سه نوع ماده، آزمون سايش در دو نيروي 15 و 30 نيوتن، دو سرعت 0/1 و 0/2 متر بر ثانيه و مسافت 500 متر گرفته شد. براي اطمينان از تكرارپذيري نتايج، هر آزمون سه بار تكرار گرديد. طبق نتايج بدست‌آمده، ضريب اصطكاك و نرخ سايش كامپوزيت حاوي الياف با مغزي روغن به‌طور محسوس از ساير نمونه‌ها كمتر است. ميانگين ضريب اصطكاك كامپوزيت حاوي الياف توپر، كمتر از اپوكسي خالص است. درحالي‌كه نرخ سايش اين دو ماده، تفاوت چنداني ندارد. مثلاً ميانگين ضريب اصطكاك در نيروي 15 نيوتن و سرعت 0/2 متر بر ثانيه براي اپوكسي خالص، كامپوزيت با الياف توپر و كامپوزيت حاوي الياف داراي مغزي روغن به‌ترتيب معادل 0/26، 0/17 و 0/07 بدست آمد. ميانگين نرخ سايش براي اين مواد در همان شرايط آزمون نيز معادل 4-10×2/98، 4-10×3/09 و 4-10×1/48 ميلي‌متر مكعب بر نيوتن‌متر بدست آمد. بنابراين حضور روغن در مغزي الياف و نقش‌آفريني به‌عنوان روان‌كار مايع باعث بهبود رفتار تريبولوژيكي نمونه شده كه نتيجه‌اي مطابق انتظار است. حضور نانوذرات گرافيت در ساختار الياف نيز باعث كاهش ضريب اصطكاك شده است. عملكرد مناسب كامپوزيت حاوي الياف با مغزي روغن در بارگذاري و سرعت لغزش سبك، نتيجه اميدبخشي براي ادامه مسير اين پژوهش و استفاده از ايده مشابه جهت ساخت قطعات صنعتي پليمري مقاوم در برابر سايش است.

228189

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان