مقایسه خواص مکانیکی صفحات کامپوزیتی تقویت‌شده با الیاف کنف-شیشه و کنف-پلی استر ساخته شده به روش بافت پارچه هیبریدی و لایه‌ای تک جهته

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی مکانیک
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:111
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

چکیده

فهرست مطالب

چكیده

كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري با تقويت‌كننده اليافي، به علت خصوصيات كششي مناسب و نسبت استحكام به وزن بالا (در جهات خاص) بسيار مورد توجه قرار دارند. امكان قالب‌گيري ساده و آسان، مقاومت شيميايي، خواص جهت‌دار، اتصال مناسب زمينه به الياف و همچنين امكان استفاده در محدوده وسيعي از كاربردها، اين گروه از كامپوزيت‌ها را به عنوان گروهي رايج مطرح ساخته است. با اين وجود، مشخص شدن برخي خطرات زيست محيطي ناشي از استفاده از الياف معدني در كامپوزيت‌ها (كه در گذشته به عنوان رايج‌ترين نوع الياف مورد استفاده در ساخت كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري مطرح بودند)، محققان را بر آن داشته تا امكان استفاده از انواع الياف طبيعي و تجديدپذير را در ساخت كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري و همچنين تاثيرات استفاده از اين الياف بر خواص مكانيكي را مورد بررسي قرار دهند.

در اين تحقيق، خصوصيات كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري مقاوم شده با الياف كنف به همراه الياف شيشه و پلي‌استر، مورد بررسي قرار گرفت. فاز تقويت‌كننده به دو صورت پارچه هيبريدي و همچنين لايه‌اي تك‌جهته درون زمينه پليمري قرار داده شد و در نهايت براي بررسي خصوصيات مكانيكي نمونه‌ها، آزمايش‌هاي كشش و خمش بر روي آن‌ها انجام گرفت.

نتايج نشان داد كه نمونه با مقاوم‌ساز اليافي كنف-شيشه كه به صورت لايه‌اي تك‌جهته در زمينه قرار داده شده، بهترين خصوصيات مكانيكي را از خود بروز مي‌دهد. همچنين مشخص شد در شرايط يكسان، استحكام الياف مورد استفاده نسبت به نحوه قرارگيري آنها در زمينه، نقش پررنگ‌تري در تعيين خواص مكانيكي كامپوزيت دارد.

فصل اول

 مقدمه

1-1- مقدمه

تقاضای روزافزون برای بهبود عملکرد فرآورده‌ها به صورت خواسته‌های مختلف از قبیل وزن کمتر، استحکام بیشتر و هزینه‌های کمتر مطرح می‌شوند. تداوم خواسته‌ها برای بهبود ایفای نقش که ممکن است توسط معیارهای مختلف از جمله وزن کم مطرح شود، باعث شده است که مواد کنونی دیگر جوابگو نباشند. از این رو دانشمندان و صاحب نظران علم مواد همیشه در تکاپو هستند که یا خواص مواد موجود را بهبود بخشند و یا مواد جدیدتری تولید نمایند که به عنوان نمونه می‌توان به مواد مرکب اشاره کرد.

واژه كامپوزيت يا ماده مركب، بیانگر ترکیب حداقل دو ماده متفاوت در مقیاس ماکروسکوپی جهت حصول ماده‌ای جدید است. مقیاس ماکروسکوپی بدین معنی است که هر کدام از مواد تشکیل دهنده ماده مرکب را پس از ترکیب می توان با چشم غیر مسلح مشاهده نمود. با همين ديدگاه، در تحقیق حاضر در جهت ساخت سازه­اي سبك که در عين حال چقرمگي شكست و استحكام بالايي نيز داشته باشد، تلاش شده است.

با در نظر گرفتن مسایل زیست محیطی و همچنین امکان بازیافت یا بازگشت مواد به چرخه طبیعی، سعي شده است كه از مواد طبيعي و دوست دار محيط زيست در ساخت سازه­های مرکب استفاده شود. به اين منظور، می‌توان از مواد و الیاف طبیعی مانند کنف، خرما و نارگیل استفاده نمود.

برای محاسبه خواص مکانیکی مواد، بهتر است با در نظر گرفتن ماده مرکبی که در آن الیاف در یک جهت ردیف شده‌اند (یعنی یک ماده مرکب یک جهتی) به عنوان مبنا، نسبت به اندازه‌گيري‌ها و آزمايش‌هاي خواص مكانيكي اقدام كرد. نکته اساسی در مورد یک ماده مرکب با الیاف یک جهتی این است که سخت پایی و استحکام آن در جهات مختلف متفاوت است.

برای افزایش استحکام و مقاومت نمونه، از ترکیبی شامل الياف طبيعي كنف و انواع دیگری از الیاف متداول در ساخت کامپوزیت­های زمینه پلیمری (الياف شيشه و الياف پلي استر) به صورت بافته شده به عنوان فاز مقاوم­ساز استفاده گردید.

در این تحقیق، بافت هيبريدي كنف-شيشه و پارچه هيبريدي كنف-پلي استر که با استفاده از دستگاه بافندگی ابداعی محققین ساخته شده­اند، برای نخستین بار مورد استفاده قرار گرفتند که از این دیدگاه اقدامی نوآورانه به نظر می­رسد. در ابتدا، تک­رشته­های مورد استفاده به وسيله دستگاه‌هاي ريسندگي سنتي به صورت نخ (الیاف) ریسیده شده و از این نخ­ها در بافت پارچه هیبریدی استفاده شد. پارچه­ها به شكل بافت عمودي ساده تار و پودي بافته شده­اند كه براي اين كار، الياف كنف در چله دستگاه قرا گرفته و الياف شيشه يا پلي استر نیز به وسيله ماكو در پود آن قرار داده شد.

بدین ترتیب، نمونه­های مورد بررسی به صورت نمونه هایی به شکل تیر با فاز تقویت کننده پارچه هيبريدي (كنف-شيشه يا كنف-پلي استر) و یا الیاف تک جهته آنها در زمينه­اي از جنس رزين اپوكسي، ساخته شد.

خصوصیات مکانیکی نمونه­های ساخته شده از قبیل مقاومت کششی و فشاری، بر اساس استاندارد ASTM مورد بررسی قرار گرفته و برای نمونه­های مختلف با هم مقایسه شده­اند.

مقایسه داده­های حاصل از آزمایش­های خواص مکانیکی نشان می­دهد که در نمونه­های لایه‌ای با الیاف شیشه، نمونه تا قبل از شکست مقدار زیادی تغییر شکل پلاستیک خواهد داشت، حال آنکه در نمونه­های لایه‌ای با الیاف پلی استر، شکست معمولا به صورت ترد رخ می‌دهد.

همچنین مشخص شد که نمونه­هایی با جنس هیبریدی کنف-شیشه استحکام خمشی و کششی بیشتری نسبت به نمونه­هایی با جنس هیبریدی کنف-پلی استر نشان می­دهند.

فصل دوم

  مروری بر منابع

2-1-مقدمه

در كاربردهاي مهندسي، اغلب به تلفيق خواص مواد نياز است. به عنوان مثال در صنايع هوافضا، كاربردهاي زير آبي، حمل و نقل و امثال آنها، امكان استفاده از يك نوع ماده كه همه خواص مورد نظر را فراهم نمايد، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنايع هوافضا به موادي نياز است كه ضمن داشتن استحكام بالا، سبك بوده و داراي مقاومت سايشي مناسبي نيز باشند و همچنين در برابر اشعه فرابنفش مقاومت كنند [1].

از آنجا كه نمي‌توان ماده‌اي يافت كه همه خواص مورد نظر را دارا باشد، بايد به دنبال چاره‌اي ديگر بود. كليد اين مشكل، استفاده از كامپوزيت‌ها[1]است [1].

كامپوزيتها موادي چند جزئي هستند كه خواص آنها در مجموع از هركدام از اجزاء بهتر است. ضمن آنكه اجزاي مختلف، كارايي يكديگر را بهبود مي‌بخشند [1]. اگرچه كامپوزيت‌هاي طبيعي، فلزي و سراميكي نيز در اين بحث مي‌گنجند، ولي با توجه به اهميت موضوع تحقيق، تنها در زمينه كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري بحث خواهد شد.

در كامپوزيتهاي پليمري حداقل دو جزء مشاهده مي‌شود كه عبارتند از:

– فاز تقويت كننده يا مقاوم‌ساز[2]

– فاز زمينه[3] (ماتريس) كه فاز ديگر را در بر مي‌گيرد و معمولا يك ماده پليمري گرماسخت[4] يا گرمانرم[5] است كه گاهي قبل از سخت شدن آن‌را رزين[6] مي‌نامند[2].

مواد مركب (كامپوزيت‌ها) از ديدگاه‌هاي مختلفي دسته‌بندي مي‌شوند. معمول‌ترين انواع دسته بندي، بر اساس نوع زمينه و همچنين بر اساس شكل فاز مقاوم‌ساز انجام مي‌گيرد. از ديدگاه نوع و جنس زمينه، كامپوزيت‌ها به سه دسته كامپوزيت‌هاي با زمينه فلزي[7]، كامپوزيت‌هاي با زمينه سراميكي[8] و كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري[9] تقسيم مي‌شوند.

دسته‌بندي انواع كامپوزيت‌ها بر اساس شكل و همچنين نحوه توزيع فاز مقاوم‌ساز در شكل (2-1) نشان داده شده است [1و2].

2-2- انواع الیاف مورد استفاده در كامپوزیت‌های زمینه پلیمری

2-2-1-الیاف شیشه

2-2-2- الیاف كربن

2-2-3- الیاف آرامید

ساختار شیمیایی الیاف كولار

2-2-4- الیاف طبیعی

2-2-5-سایر الیاف مورد استفاده در ساخت كامپوزیت‌های زمینه پلیمری

2-2-5-1- الیاف آلومینا

2-2-5-2- الیاف بور

2-3- انواع رزین‌های مورد استفاده در ساخت کامپوزیت‌های زمینه پلیمری

2-3-1- رزین‌پلی‌استر

2-3-2- رزین­های اپوكسی

2-3-3- رزین­های ‌وینیل‌استر

2-3-4- رزین­های فنولیك

2-3-4- پلی ایمیدها

2-3-5- پلی اتر اتر کتون

2-3-6- رزین­های طبیعی

2-4- کامپوزیت­های زمینه پلیمری با الیاف طبیعی

2-4-1- مزایا و محدودیت­های استفاده از الیاف طبیعی در کامپوزیت­های زمینه پلیمری

2-4-2- ناسازگاری الیاف طبیعی و پلیمر

2-4-2-1- اصلاحات با روش‌های فیزیکی

2-4-2-2- اصلاحات با روش­های شیمیایی

فصل سوم

 روش تحقیق

3-1- مقدمه

3-2- ساخت و آماده‌سازی الیاف و نمونه‌های كامپوزیت

3-3- آزمایش‌های تعیین خصوصیات مكانیكی

فصل چهارم

 نتایج و تحلیل

4-1- مقدمه

4-2- اندازه‌گیری چگالی

4-3- نتایج آزمایش كشش

4-3-1- نمونه كامپوزیت با مقاوم‌ساز بافت پارچه هیبریدی كنف-پلی استر (نمونه A)

4-3-2- نمونه كامپوزیت با مقاوم‌ساز بافت پارچه هیبریدی كنف-شیشه (نمونه B)

4-3-3- نمونه كامپوزیت با مقاوم‌سازهای لایه‌ای تك‌جهته كنف و شیشه (نمونه C)

4-3-4- نمونه كامپوزیت با مقاوم‌سازهای لایه‌ای تك‌جهته كنف و پلی‌استر (نمونه D)

4-3-5- مقایسه و تحلیل نتایج تست كشش

4-4- آزمایش خمش و نتایج آن

4-4-1- نمونه كامپوزیت با مقاوم‌ساز پارچه هیبریدی كنف و پلی‌استر (نمونه A)

4-4-2- نمونه كامپوزیت با مقاوم‌ساز پارچه هیبریدی كنف و شیشه (نمونه B)

4-4-3- نمونه كامپوزیت با مقاوم‌ساز لایه‌ای كنف و شیشه (نمونه C)

4-4-4- نمونه كامپوزیت با مقاوم‌ساز لایه‌ای كنف و پلی‌استر (نمونه D)

4-5- مقایسه و تحلیل نتایج آزمایش خمش

فصل پنجم

 نتیجه‌گیری و پیشنهادها

5-1- نتیجه‌گیری

همانگونه كه در بخش‌هاي گذشته تشريح شد، نمونه‌هاي كامپوزيتي مقاوم شده با الياف و با زمينه پليمري، از ديدگاه مقاومت كششي و خمشي مورد بررسي قرار گرفته‌اند. تفاوت نمونه‌ها علاوه بر نوع الياف مورد استفاده، در نحوه قرارگيري الياف در زمينه پليمري است. بدين ترتيب كه در ساخت كامپوزيت‌ها از الياف در قالب دو نوع پارچه و همچنين لايه‌هاي يك‌ در ميان استفاده شده است. با توجه به نتایج بدست آمده و تحلیل آن‌ها و همچنین با مقایسه نتایج این تحقیق با سایر منابع موجود، موارد زیر را می‌توان به عنوان نتایج این تحقیق بیان کرد:

1- در نمونه‌های کامپوزیتی تقویت شده با الیاف پارچه، نمونه‌هایی که در بافت پارچه آن‌ها از الیاف شیشه استفاده شده‌است نسبت به نمونه‌های حاوی الیاف پلی‌استر، خواص کششی و خمشی برتری دارند.

2- در مورد نمونه‌های تقویت شده با الیاف لایه‌ای، نقش الیاف شیشه در ارتقا خواص مکانیکی کششی و خمشی به مراتب پر رنگ‌تر از نقش الیاف پلی‌استر است.

3- هرچند در ظاهر به نظر می‌رسد که بافت الیاف به صورت پارچه می‌تواند منجر به بهبود عملکرد الیاف مقاوم‌ساز ترکیب شده با الیاف کنف گردد، اما نتایج نشان می‌دهد که این حالت تنها در مواردی که از الیاف ضعیف‌تر از کنف در کنار آن استفاده می‌شود، صادق است و در مورد الیاف با خصوصیات بالاتر از کنف، بافت الیاف به صورت پارچه منجر به افت خواص نسبت به حالتی که الیاف به صورت تک‌جهته و لایه‌ای استفاده می‌شوند، می‌گردد که علت آن نیز تغییر الگوی اعمال تنش در الیاف با خصوصیات بالاتر است.

4- استحکام الیاف بیش از نحوه قرارگیری آنها  بر خواص نهایی کامپوزیت تاثیر می‌گذارد. بدان معنا که هرچند الیاف بافته شده نسبت به الیاف تک‌جهته با جنس یکسان استحکام کششی و خمشی پایین‌تری دارند، اما در مقایسه با الیاف تک جهته از جنس ضعیف‌تر، نقش پررنگ‌تری در تعیین خواص نهایی کامپوزیت خواهند داشت.

5-2- پیشنهادها

1- پیشنهاد می‌شود در کارهای آینده برای بررسی جامع‌تر نقش الیاف پود در پارچه‌های هیبریدی بر خصوصیات مکانیکی کامپوزیت، از الیاف مصنوعی دیگر چون کربن یا کولار استفاده شود.

2- همچنین توصیه می‌شود نقش سایر الیاف طبیعی نظیر خرما یا نارگیل نیز بر خصوصیات مکانیکی کامپوزیت‌های تقویت‌شده با پارچه هیبریدی مورد بررسی قرار گیرد.

3- نمونه‌ها با درصدهای حجمی مختلف الیاف تهیه شده و مورد بررسی قرا گیرند تا بتوان مقدار درصد حجمی بهینه را برای هر نوع الیاف مورد استفاده در ساخت کامپوزیت‌های زمینه پلیمری، بدست آورد.

4- سایر خصوصیات مکانیکی همچون مقاومت به خستگی و مقاومت در برابر ضربه نیز در کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف طبیعی و پارچه‌های هیبریدی مورد بررسی قرار گیرند تا اثرات شکل و نحوه قرارگیری فاز مقاوم‌ساز بر خواص مکانیکی کامپوزیت‌ها به صورت جامع‌تر مشخص گردد.

منابع و مراجع

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت