تاثیر نانولوله های کربنی بر استحکام فشاری و خمشی پانل های ساندویچی لانه‌زنبوری زمینه اپوکسی
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوینلیدا نجمی 1 , سید مجتبی زبرجد 2 , کمال جانقربان 3
1 - کارشناسی ارشد، دانشگاه شیراز، دانشکده مهندسی، بخش مهندسی مواد
2 - استاد، عضو هیت علمی گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه شیراز
3 - استاد، عضو هیت علمی گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه شیراز
کلید واژه: استحکام فشاری, استحکام خمشی, پانلهای ساندویچی زمینه اپوکسی, نانولولههای کربنی, لانه زنبوری,
چکیده مقاله :
نیاز‌های جوامع بشری و صنعت برای ساخت سازه‌هایی با وزن کم، استحکام و دوام بالا، موجب افزایش تقاضا برای مواد کامپوزیتی، از جمله ساختار‌های ساندویچی شده است. در این میان پانلهای ساندویچی در موقعیت‌هایی که نیاز به استحکام مکانیکی بالا، وزن کم، خاصیت عایق صدا و عایق حرارتی باشد، استفاده می‌‌شوند. در این تحقیق پانلهای ساندویچی کامپوزیتی با طرح لانه‌زنبوری، تقویت شده با نانو لوله‌های‌کربنی با استفاده از قالب‌گیری سیلیکونی ساخته شدند. جهت تعیین نقش نانو لوله‌های کربنی روی رفتار فشاری و خمشی پانلهای ساندویچی، درصد وزنی متفاوتی از این ماده (0/025، 0/05 و 0/075) به زمینه اپوکسی اضافه شد. همچنین جهت تعیین نقش ضخامت دیواره ی هسته ی لانه زنبوری بر رفتار فشاری و خمشی پانل های ساندویچی، ضخامت های متفاوتی (5/2 و 5 میلی‌متر) مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان دادند که استحکام فشاری پانلهای لانه زنبوری با افزایش درصد نانولولههای کربنی و همچنین ضخامت دیواره رابطه مستقیم دارد. استحکام فشاری نمونه‌های پانل‌ساندویچی با افزایش نانولولههای کربنی از0/025 تا 0/075 درصد وزنی، از 42/06 تا 54/32 مگاپاسکال افزایش یافت. استحکام فشاری نمونه‌های پانل‌ساندویچی با ضخامت دیواره‌ی لانه‌زنبوری 5 میلی‌متر و تقویت شده با 0/025، 0/05 و 0/075 درصد وزنی نانولولههای کربنی در مقایسه با پانلهای ساندویچی با ضخامت دیواره‌ی لانه‌زنبوری 2/5 میلی‌متر به ترتیب 2/38، 2/15 و 2/17 برابر شد. همچنین استحکام خمشی نمونه‌های پانل‌ساندویچی با ضخامت دیواره‌ی لانه زنبوری 5 میلی‌متر و تقویت شده با 025/0، 05/0 و 075/0 درصد وزنی نانولولههای کربنی در مقایسه با پانلهای ساندویچی با ضخامت دیواه‌ای 5/2 میلی‌متر به ترتیب 3، 66/2 و7/2 برابر شد.
The needs of the human communities and industry to build low weight, high strength and durable structures have increased the demand for composite materials, including sandwich structures. In this case sandwich panels are used in situations requiring high mechanical strength, low weight, sound insulation and thermal insulation properties. In this study, carbon nanotubes-reinforced composite honeycomb sandwich panels, were constructed using silicone molding. To determine the role of carbon nanotubes on the compressive and bending behavior of sandwich panels, a different weight percentage of this material (0/025, 0/05. 0/075) was added to the epoxy resin. Also, different thicknesses (5mm, 2/5mm) were tested to determine the role of core wall thickness on the compressive and bending behavior of sandwich panels. The results showed that the compressive strength of honeycomb panels has a direct relation with the increase in the percentage of carbon nanotubes and also the thickness of the wall. The Compressive strength of Sandwich panels increased from 42/06 up to 54/32 MPa with increasing carbon from 0/025 up to 0/075 nanotubes. The compressive strength of sandwich panels with 5 mm honeycomb wall thickness and reinforced with 0/025, 0/05 and 0/075 weight percent of carbon nanotubes compared to sandwich panels with 2.5 mm honeycomb wall thickness were respectively 2/38, 2/15 and 2.17 times. also the flexural strength of 5-mm honeycomb wall thickness and reinforced with 025/0, 0/05 and 0.075% weight percent of carbon nanotubes compared to sandwich panels with 2.5 mm honeycomb wall thickness, were respectively 3, 2.66 and 2.7 times.
Reference:
1- Tuwair H., Hopkins M., Volz J., ElGawady M., Mohamed M., Chandrashekhara K., Birman V., (2015),
“Evaluation panels with various polyurethane foam-cores and ribs”, Composites Part B, PP. 256-276.
2- Allen H.G. (1969), “Analysis and design of structural panels”, Oxford, New York, Pergamon Press.
3- Leite, M., Freitas, M., Silva, A. (2004), “Elastic behavior of sandwich beams-part 1: experimental study” in 9th Portuguese Conference on Fracture, Setubal, Portugal, pp. 18-20.
4- Rocca S., Nanni A., (2005), “Mechanical characterization of sandwich structure comprised of glass fiber reinforced core” Composites in Construction part 2,3th International Conference Iyon, France, pp. 11-13.
5 سید مجتبی زبرجد/ محمد هادی مقیم ) - 3941 ،)
"مقدمه ای بر نانو کامپوزیت های پلیمری" موسسه چاپ
دانشگاه فردوسی مشهد.
61 مجله مواد نوین/ جلد 9/شماره 3 / بهار 1398
6 سید مجتبی زبرجد/ فاطمه احمد پور. ) - 1391 .)
"مقدمه ای بر نانولولههای کربنی". موسسه چاپ دانشگاه
فردوسی مشهد.
7- M.H.G. Wichmann., F.H. Gojny., U. Kopke., B. Fiedler., K. Schulte. (2004), “Carbon nanotube-reinforced epoxy composites: enhanced stiffness and fracture toughness at low nanotube content” Composites Science and Technology 64, 2363–2371.
8- M. Keshavarz., M. Zebarjad., H. Danesh-Manesh. (2015), “Manufacturing of polyurethane sandwich panel reinforced with Tio2 nanoparticles and investigation its properties”, M.Sc. Thesis in Materials Science and Engineering.
9- Meifeng He, Wenbin Hu. (2008) “A study on composite honeycomb sandwich panel structure”, Materials and Design, Vol 29, PP 709-713.
10- Smith S., Shivakumar K. (2001), “Modified Mode-I cracked sandwich beam (CSB) fracture test”. American Institute of Aeronautics and Astronautics, PP. 1221-1232.
11- Manalo A., Aravinthan T., Karunasena W., Islam M., (2010), “Flexural behavior of structural fiber composite sandwich beams in flatwise and edgewise positions”. Composite Structural, Vol. 92, PP. 984-995.
12- Dai J., Hahn H. (2003), “Flexural behavior of sandwich beams fabricated by vacuum-assisted resin transfer modeling”, Composite Structural, Vol .61, PP. 247-253.
13- S. A. Hashemi, S. M. Mousavi. (2016), “Effect of bubble-based degradation on the physical properties of single wall carbon nanotube/epoxy Resin composite and new approach in bubbles reduction”, Composites: Part A 90, 457–469.
14- ASTM C-365, “Standard test methods for flatwise compressive properties of sandwich cores”, Annual Book of ASTM Standards, Vol.03.01, American Society for Testing and Materials.
15- ASTM D-790 (2002), “Standard test methods for flexural properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials”, Annual Book of ASTM Standards Vol. 08.01, American Society for Testing and Materials.
16- Zhang X., Davis H., Macosko C. (1999), “A new cell opening mechanism in flexible polyurethane foam”, Journal of Cellular Plastics, Vol. 35, Minneapolis.
17- R. Saito. (1998). “Physical Properties of Carbon Nanotubes”, Imperial College Press ISBN 1-86094-093-5.
18- Isaac M., Jeong min CH., Brian T. (2013), “Werner characterization and modeling of stain-rate-depend behavior of polymetric foams”, Composites: part A, Vol. 45, pp. 70 -78.
19- Chalal S., Haddadine N., Bouslah N., Souilah S., Benaboura A., Barille R. (2014), “Preparation characterization and thermal behavior of carbopol-Tio2 nanaocomposites”, Open Journal of Organic Polymer Materials, Vol. 4, PP. 55-64.
62 تاثیر نانولولههای کربنی بر استحکام فشاری و خمشی پانلهای ساندویچی لانه زنبوری زمینه اپوکسی
20- G. E. Dieter, “Mechanical Metallurgy”, McGraw-Hill book, New York, 1998.