شماره ركورد
26029
شماره راهنما
CHE.ENG3 57
عنوان
بررسي ارتباط ريزساختار با خواص مكانيكي و حرارتي چسبهاي بر پايه اپوكسي/فنوليك حاوي نانوذرات آلومينا و نانولولههايكربنيچندجداره و چقرمهكنندهي پليآميد6
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1404/12/06
صفحه شمار
149 ص.
استاد راهنما
اميد معيني جزني
كليدواژه فارسي
چسب هاي اپوكسي , نانوذرات آلومينا , نانولوله¬هايكربني , پليآميد6 , خواص مكانيكي , شبكه عصبي مصنوعي , اصلاحسطحي
چكيده فارسي
در اين پژوهش، چسب پايه اپوكسي/ فنوليك حاوي پليآميد6 بهعنوان چقرمهكننده و نانوذرات آلومينا و نانولولههايكربنيچندجداره بهعنوان تقويتكننده جهت بررسي ريزساختار، رفتار و خواص مكانيكي و حرارتي در راستاي بهبود استحكامبرشي تكلبه در اتصال صفحات آلومينيومي بههمديگر استفادهشدهاست. همچنين از عامل سيلاني 3-آمينوپروپيلترياتوكسيسيلان جهت اصلاحسطحي نانوذرات آلومينا و نانولولههايكربنيچندجداره استفادهميشود. دربخش اول نتايج، بيشترين ميزان بهبود استحكامكششي، مدولكششي و استحكامبرشي مربوط به نمونه بهينه سهتايي اپوكسي/آلومينا/ نانولولههايكربنيچندجداره و بيشترين ميزان بهبود در چقرمگي مربوط به نمونه بهنيه سهتايي اپوكسي/پليآميد6/ نانولولههايكربنيچندجداره ميباشد كه نسبت به اپوكسي خالص بهترتيب 49، 44، 150 و 176 درصد افزايشداشتهاست. برهمكنشهاي موثر بين نانوذرات و ماتريس اپوكسي، ازجمله برهمكنش هيدروژني بين گروههاي عاملي نانوذرات با اپوكسي و نيز با گروههاي سطحي ورقههاي آلومينيومي آنودايز شده و همچنين بالاتر بودن خواص مكانيكي ذاتي نانوذرات، از مهمترين عوامل بهبود خواص نسبت به اپوكسي خالص ميباشد. همچنين از نكات مهم ديگر در نتايج آزمونهاي خواص مكانيكي و استحكام چسبندگي، وجود برهمكنش منفي بين پليآميد6 و نانوذرات آلومينا و اثر همافزايي بين نانوذرات آلومينا و نانولولههايكربنيچندجداره ميباشد. دادههاي بهدستآمده از آزمونهاي كشش و استحكامبرشي به كمك روش شبكههاي عصبي مصنوعي مدلسازي و تحليلگرديدهاست. در پژوهش حاضر، دو شبكه پرسپترون چندلايه از نوع پيشخور بهمنظور پيشبيني خواص مكانيكي و فيزيكي چسبهاي اپوكسي طراحي و پيادهسازي شد. نتايج آزمون گرماوزن سنجي نشانميدهد، نمونه سهتايي حاوي اپوكسي/آلومينا نانولولههايكربنيچندجداره با افزايش 30 و 9 درجهسانتيگراد دماي شروع تخريب و دماي بيشينه تخريب، بهترين عملكرد را داشتهاست. همچنين نتايج آزمون گرماسنجي روبشي تفاضلي نشانداد كه نمونه حاوي درصد بهينه نانوذرات آلومينا، موجب كاهش 5/9 درجهسانتيگراد دماي شروع پخت شدهاست. در بخش دوم نتايج، بر اساس نتايج آزمون كشش، بيشترين ميزان بهبود در استحكامكششي، مدولكششي و چقرمگي شكست مربوط به نمونه حاوي تركيب نانوذراتاصلاحشده بود (به ترتيب 8/41 مگاپاسكال، 48/3 گيگاپاسكال و 353 كيلوژول بر متر مكعب) كه نسبت به اپوكسي خالص به ترتيب 55، 13 و 113 درصد افزايش نشانداد. همچنين نتايج آزمون استحكامبرشي تكلبه نشانداد كه بيشترين ميزان بهبود در استحكامبرشي نيز مربوط به نمونه تركيب نانوذرات اصلاحشده بودهاست (6 مگاپاسكال)، كه نسبت به اپوكسي خالص 140 درصد بهبوديافته و بيانگر اثر همافزايي قابل توجه است. نتايج آزمون گرماوزن سنجي و گرماسنجي روبشي تفاضلي نشانميدهد كه نمونه حاوي تركيب نانوذراتاصلاحشده با 37 درجهسانتيگراد افزايش دماي شروع تخريب و 8 درجهسانتيگراد كاهش دماي شروع پخت، بهترين عملكرد را داشتهاست. بررسي سطوح شكست نمونههاي بهينه با استفاده از آزمون ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني همخواني مناسبي با نتايج آزمونهاي مكانيكي داشت. سازوكارهاي اصلي چقرمگي در اين نمونهها شامل انحراف ترك، كور شدن نوك ترك، جدايش پيوند و ايجاد نوارهاي برشي بودهاست. علاوه بر اين، اصلاحسطحي نانوذرات موجب توزيع يكنواختتر آنها در بستر اپوكسي شدهاست.
كليدواژه لاتين
Epoxy adhesives , Alumina nanoparticles , Carbon nanotubes , Polyamide 6 , Mechanical properties , Artificial Neural Networks , Surface modification
عنوان لاتين
Investigating the relationship between microstructure and mechanical and thermal properties of epoxy/phenolic-based adhesives containing alumina nanoparticles and carbon nanotubes and polyamide 6 toughener
گروه آموزشي
مهندسي شيمي
چكيده لاتين
In this study, an Epoxy/Phenolic-based adhesive incorporating Polyamide 6 as a toughening agent, along with alumina nanoparticles and multi-walled carbon nanotubes as reinforcing agents, was utilized to investigate microstructure, behavior, and mechanical and thermal properties, with the aim of enhancing the single-lap shear strength of bonded aluminum plates. The silane agent 3-aminopropyltriethoxysilane is also used to modify the surface of alumina nanoparticles and multi-walled carbon nanotubes. In first section, The results show that the highest improvement in tensile strength, tensile modulus, and shear strength is related to the optimal epoxy/alumina/MWCNT ternary sample, and the highest improvement in toughness is related to the optimal epoxy/polyamide 6/MWCNT ternary sample which showed increases of 49%, 44%, 150%, and 176%, respectively, compared to pure epoxy. Effective interactions between the nanoparticles and the epoxy matrix, including hydrogen bonding between the nanoparticlesʹ functional groups and the epoxy, as well as with the surface groups of the anodized aluminum sheets, along with the superior intrinsic mechanical properties of the nanoparticles, are among the key factors contributing to the improved properties compared to neat epoxy. Also, other important points in the results of the mechanical properties and adhesion strength tests are the presence of a negative interaction between polyamide 6 and alumina nanoparticles and the synergistic effect between alumina nanoparticles and MWCNT. Data obtained from tensile and shear strength tests were modeled and analyzed using Artificial Neural Networks (ANN). In the present study, two feed-forward multilayer perceptron networks were designed and implemented to predict the mechanical and physical properties of epoxy adhesives. Thermogravimetric analysis (TGA) results indicate that the ternary sample containing epoxy, alumina, and multi-walled carbon nanotubes exhibited the best performance, showing increases of 30°C and 9°C in the onset degradation temperature and the maximum degradation temperature, respectively. Furthermore, differential scanning calorimetry (DSC) results revealed that the sample containing the optimal percentage of alumina nanoparticles led to a 9.5°C reduction in the onset curing temperature. In second section, Based on the tensile test results, the highest improvement in tensile strength, tensile modulus, and fracture toughness was for the nanoparticle-modified hybrid sample (41.8 MPa, 3.48 GPa, and 353 kJ/m3, respectively), which was 55, 13, and 113 percent higher than pure epoxy, respectively. The single-lap shear strength results also showed that the highest improvement in shear strength was for the nanoparticle-modified hybrid sample (6 MPa), which was 140 percent higher than pure epoxy, indicating a significant synergistic effect. TGA and DSC test results show that the sample containing the modified nanoparticle composition had the best performance with a 37°C improvement in the degradation onset temperature and an 8°C decrease in the curing onset temperature. The fracture surfaces of the optimized samples were examined using FESEM and were in good agreement with the results of mechanical tests. The main toughness mechanisms in these samples included crack deflection, crack tip blunting, and shear banding. In addition, the surface modification of the nanoparticles resulted in a more uniform distribution of the nanoparticles in the epoxy substrate
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
164419
نويسنده