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

چکیده

کامپوزیت‌های زمینه پلیمری با تقویت‌کننده الیافی، به علت خصوصیات کششی مناسب و نسبت استحکام به وزن بالا (در جهات خاص) بسیار مورد توجه قرار دارند. امکان قالب‌گیری ساده و آسان، مقاومت شیمیایی، خواص جهت‌دار، اتصال مناسب زمینه به الیاف و همچنین امکان استفاده در محدوده وسیعی از کاربردها، این گروه از کامپوزیت‌ها را به عنوان گروهی رایج مطرح ساخته است. با این وجود، مشخص شدن برخی خطرات زیست محیطی ناشی از استفاده از الیاف معدنی در کامپوزیت‌ها (که در گذشته به عنوان رایج‌ترین نوع الیاف مورد استفاده در ساخت کامپوزیت‌های زمینه پلیمری مطرح بودند)، محققان را بر آن داشته تا امکان استفاده از انواع الیاف طبیعی و تجدیدپذیر را در ساخت کامپوزیت‌های زمینه پلیمری و همچنین تاثیرات استفاده از این الیاف بر خواص مکانیکی را مورد بررسی قرار دهند.

در این تحقیق، خصوصیات کامپوزیت‌های زمینه پلیمری مقاوم شده با الیاف کنف به همراه الیاف شیشه و پلی‌استر، مورد بررسی قرار گرفت. فاز تقویت‌کننده به دو صورت پارچه هیبریدی و همچنین لایه‌ای تک‌جهته درون زمینه پلیمری قرار داده شد و در نهایت برای بررسی خصوصیات مکانیکی نمونه‌ها، آزمایش‌های کشش و خمش بر روی آن‌ها انجام گرفت.

نتایج نشان داد که نمونه با مقاوم‌ساز الیافی کنف-شیشه که به صورت لایه‌ای تک‌جهته در زمینه قرار داده شده، بهترین خصوصیات مکانیکی را از خود بروز می‌دهد. همچنین مشخص شد در شرایط یکسان، استحکام الیاف مورد استفاده نسبت به نحوه قرارگیری آنها در زمینه، نقش پررنگ‌تری در تعیین خواص مکانیکی کامپوزیت دارد.

فصل اول

 مقدمه

۱-۱- 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 کامپوزیت یا ماده مرکب، 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 همین دیدگاه، در تحقیق حاضر در جهت ساخت سازه­ای سبک که در عین حال چقرمگی شکست و استحکام بالایی نیز داشته باشد، تلاش شده است.

با در نظر گرفتن مسایل زیست محیطی و همچنین امکان بازیافت یا بازگشت مواد به چرخه طبیعی، سعی شده است که از مواد طبیعی و دوست دار محیط زیست در ساخت سازه­های مرکب استفاده شود. به این 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 اندازه‌گیری‌ها و آزمایش‌های خواص مکانیکی اقدام کرد. 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 الیاف طبیعی کنف و انواع دیگری از الیاف متداول در ساخت کامپوزیت­های زمینه پلیمری (الیاف شیشه و الیاف پلی استر) به صورت بافته شده به عنوان فاز مقاوم­ساز استفاده گردید.

در این تحقیق، بافت هیبریدی کنف-شیشه و پارچه هیبریدی کنف-پلی 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 وسیله دستگاه‌های ریسندگی سنتی به صورت نخ (الیاف) ریسیده شده و از این نخ­ها در بافت پارچه هیبریدی استفاده شد. پارچه­ها به شکل بافت عمودی ساده تار و پودی بافته شده­اند که برای این کار، الیاف کنف در چله دستگاه قرا گرفته و الیاف شیشه یا پلی استر نیز به وسیله ماکو در پود آن قرار داده شد.

بدین ترتیب، نمونه­های مورد بررسی به صورت نمونه هایی به شکل تیر با فاز تقویت کننده پارچه هیبریدی (کنف-شیشه یا کنف-پلی استر) و یا الیاف تک جهته آنها در زمینه­ای از جنس رزین اپوکسی، 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

۲-۱-مقدمه

در کاربردهای مهندسی، اغلب به تلفیق خواص مواد نیاز است. به عنوان مثال در صنایع هوافضا، کاربردهای زیر آبی، حمل و نقل و امثال آنها، امکان استفاده از یک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را فراهم نماید، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنایع هوافضا به موادی نیاز است که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک بوده و دارای مقاومت سایشی مناسبی نیز باشند و همچنین در برابر اشعه فرابنفش مقاومت کنند [۱].

از آنجا که نمی‌توان ماده‌ای یافت که همه خواص مورد نظر را دارا باشد، باید به دنبال چاره‌ای دیگر بود. کلید این مشکل، استفاده از کامپوزیت‌ها[۱]است [۱].

کامپوزیتها موادی چند جزئی هستند که خواص آنها در مجموع از هرکدام از اجزاء بهتر است. ضمن آنکه اجزای مختلف، کارایی یکدیگر را بهبود می‌بخشند [۱]. اگرچه کامپوزیت‌های طبیعی، فلزی و سرامیکی نیز در این بحث می‌گنجند، ولی با توجه به اهمیت موضوع تحقیق، تنها در زمینه کامپوزیت‌های زمینه پلیمری بحث خواهد شد.

در کامپوزیتهای پلیمری حداقل دو جزء مشاهده می‌شود که عبارتند از:

– فاز تقویت کننده یا مقاوم‌ساز[۲]

– فاز زمینه[۳] (ماتریس) که فاز دیگر را در بر می‌گیرد و معمولا یک ماده پلیمری گرماسخت[۴] یا گرمانرم[۵] است که گاهی قبل از سخت شدن آن‌را رزین[۶] می‌نامند[۲].

مواد مرکب (کامپوزیت‌ها) از دیدگاه‌های مختلفی دسته‌بندی می‌شوند. معمول‌ترین انواع دسته بندی، بر اساس نوع زمینه و همچنین بر اساس شکل فاز مقاوم‌ساز انجام می‌گیرد. از دیدگاه نوع و جنس زمینه، کامپوزیت‌ها به سه دسته کامپوزیت‌های با زمینه فلزی[۷]، کامپوزیت‌های با زمینه سرامیکی[۸] و کامپوزیت‌های زمینه پلیمری[۹] تقسیم می‌شوند.

دسته‌بندی انواع کامپوزیت‌ها بر اساس شکل و همچنین نحوه توزیع فاز مقاوم‌ساز در شکل (۲-۱) نشان داده شده است [۱و۲].

۲-۲- انواع الیاف مورد استفاده در کامپوزیت‌های زمینه پلیمری

۲-۲-۱-الیاف شیشه

۲-۲-۲- الیاف کربن

۲-۲-۳- الیاف آرامید

ساختار شیمیایی الیاف کولار

۲-۲-۴- الیاف طبیعی

۲-۲-۵-سایر الیاف مورد استفاده در ساخت کامپوزیت‌های زمینه پلیمری

۲-۲-۵-۱- الیاف آلومینا

۲-۲-۵-۲- الیاف بور

۲-۳- انواع رزین‌های مورد استفاده در ساخت کامپوزیت‌های زمینه پلیمری

۲-۳-۱- رزین‌پلی‌استر

۲-۳-۲- رزین­های اپوکسی

۲-۳-۳- رزین­های ‌وینیل‌استر

۲-۳-۴- رزین­های فنولیک

۲-۳-۴- پلی ایمیدها

۲-۳-۵- پلی اتر اتر کتون

۲-۳-۶- رزین­های طبیعی

۲-۴- کامپوزیت­های زمینه پلیمری با الیاف طبیعی

۲-۴-۱- مزایا و محدودیت­های استفاده از الیاف طبیعی در کامپوزیت­های زمینه پلیمری

۲-۴-۲- ناسازگاری الیاف طبیعی و پلیمر

۲-۴-۲-۱- اصلاحات با روش‌های فیزیکی

۲-۴-۲-۲- اصلاحات با روش­های شیمیایی

فصل سوم

 روش تحقیق

۳-۱- مقدمه

۳-۲- ساخت و آماده‌سازی الیاف و نمونه‌های کامپوزیت

۳-۳- آزمایش‌های تعیین خصوصیات مکانیکی

فصل چهارم

 نتایج و تحلیل

۴-۱- مقدمه

۴-۲- اندازه‌گیری چگالی

۴-۳- نتایج آزمایش کشش

۴-۳-۱- نمونه کامپوزیت با مقاوم‌ساز بافت پارچه هیبریدی کنف-پلی استر (نمونه A)

۴-۳-۲- نمونه کامپوزیت با مقاوم‌ساز بافت پارچه هیبریدی کنف-شیشه (نمونه B)

۴-۳-۳- نمونه کامپوزیت با مقاوم‌سازهای لایه‌ای تک‌جهته کنف و شیشه (نمونه C)

۴-۳-۴- نمونه کامپوزیت با مقاوم‌سازهای لایه‌ای تک‌جهته کنف و پلی‌استر (نمونه D)

۴-۳-۵- مقایسه و تحلیل نتایج تست کشش

۴-۴- آزمایش خمش و نتایج آن

۴-۴-۱- نمونه کامپوزیت با مقاوم‌ساز پارچه هیبریدی کنف و پلی‌استر (نمونه A)

۴-۴-۲- نمونه کامپوزیت با مقاوم‌ساز پارچه هیبریدی کنف و شیشه (نمونه B)

۴-۴-۳- نمونه کامپوزیت با مقاوم‌ساز لایه‌ای کنف و شیشه (نمونه C)

۴-۴-۴- نمونه کامپوزیت با مقاوم‌ساز لایه‌ای کنف و پلی‌استر (نمونه D)

۴-۵- مقایسه و تحلیل نتایج آزمایش خمش

فصل پنجم

 نتیجه‌گیری و پیشنهادها

۵-۱- نتیجه‌گیری

همانگونه که در بخش‌های گذشته تشریح شد، نمونه‌های کامپوزیتی مقاوم شده با الیاف و با زمینه پلیمری، از دیدگاه مقاومت کششی و خمشی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. تفاوت نمونه‌ها علاوه بر نوع الیاف مورد استفاده، در نحوه قرارگیری الیاف در زمینه پلیمری است. بدین ترتیب که در ساخت کامپوزیت‌ها از الیاف در قالب دو نوع پارچه و همچنین لایه‌های یک‌ در میان 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:

۱- 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.

۲- 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.

۳- 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.

۴- 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.

۵-۲- پیشنهادها

۱- 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.

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

۳- 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.

۴- 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