مطالعه رفتار تریبولوژیکی کامپوزیت‏های زمینه‏ی اپوکسی تقویت شده با الیاف آسیاب شده

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

سعید کریمی ¹ , سیروس جوادپور ²

1 - فارغ التحصیل دکتری تخصصی مهندسی مواد، بخش مهندسی مواد ،دانشگاه شیراز
2 - استاد بخش و عضو هیئت علمی، مهندسی مواد، دانشگاه شیراز

تاریخ دریافت : 1395/05/31 تاریخ پذیرش : 1395/05/31 تاریخ انتشار : 1395/05/01

کلید واژه: الیاف کربن, الیاف شیشه, آسیاب‏کاری, کامپوزیت زمینه‏ی اپوکسی, رفتار تریبولوژیکی,

چکیده مقاله :

در دهه‏ی گذشته، توجه محققان به کامپوزیت‏های نانویی و میکرونی برای بهبود خواص سایشی اپوکسی متمرکز شده است. پژوهش حاضر نیز به مطالعه‏ی خواص سایشی کامپوزیت‏های زمینه‏ی اپوکسی تقویت شده با الیاف آسیاب شده‏ی میکرونی شیشه E، شیشه S و کربنِ با استحکام بالا پرداخته است. برای این منظور، نخست الیافِ اولیه با استفاده از آسیاب ساینده به پودر تبدیل شدند و مورفولوژی آن‏ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شد. کامپوزیت‏های تولیدی، با مخلوط و اضافه کردن wt.%1 پودرِ حاصل از آسیاب‏کاری الیاف، به یک رزین اپوکسی تجاری تبدیل شدند. جهت ارزیابی خواص سایشی کامپوزیت‏های تولیدی، از آزمون پین بر روی دیسک استفاده و میزان ضریب اصطکاک و نرخ سایش آن‏‏ها تعیین شد. بر اساس تصاویر SEM سطح سایش نمونه‏ها، مکانیزم حاکم بر سایش نیز مورد بررسی قرار گرفت. هم چنین از آزمون سختی‏سنجی برای مقایسه‏ی تغییرات سختی استفاده شد. با توجه به نتایج آزمون‏های یاد شده، از یک سو ضریب اصطکاک به گونه قابل ملاحظه از حدود 524_/0 مربوط به نمونه‏ی خالص، به میزان 066_/0 مربوط به کامپوزیت‏های زمینه‏ی اپوکسی تقویت شده با الیاف آسیاب شده‏ی شیشه S کاهش یافت و از سوی دیگر نیز با وجود سختی بالاتر این نمونه‏های کامپوزیتی، نرخ سایش آن‏ها مشابه با حالت خالص به دست آمد. هم چنین نرخ سایش کامپوزیت‏های زمینه‏ی اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن آسیاب شده، 13 درصد کمتر از حالت تعیین شد. ضریب اصطکاک کامپوزیت‏های زمینه‏ی اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه E، به میزان جزئی کمتر از نمونه‏ی خالص به دست آمد؛ اما نرخ سایش یکسانی با آن از خود نشان داد.

چکیده انگلیسی:

In the past decade, researchers have focused on the nano and micro composites for improving the tribological properties of epoxies. Hence, in the current work, tribological properties of milled E-glass, S-glass, and high strength carbon fiber reinforced epoxy composites have been studied. As received fibers were chopped and milled by an attrition mill, and their morphologies were evaluated by Scanning Electron Microscope (SEM). The epoxy composites were prepared simply by mixing and stirring 1wt.% of the milled fibers with a conventional hot-cure epoxy resin. Pin-on-Disc tests were performed on the composite samples to evaluate their tribological properties, especially their friction coefficients and wear rates. The governing wear mechanisms of the as test samples were determined through the SEM images of the worn tracks. Shore-D hardness test was conducted for comparing the hardness variations. Results show that not only the friction coefficient of the milled S-glass fiber reinforced epoxy composite is decreased magnificently from 0.524 to 0.066 in comparison to pure epoxy, but also it has a higher hardness and its wear rate is the same as the pristine ones. Moreover, the wear rate of the milled carbon fiber reinforced epoxy composite is reduced 13% in comparison to the pristine epoxy. The current study shows that the friction coefficient of the E-glass fiber reinforced epoxy composite is a little lower than that of the pristine one, but both of them have the same wear rate.

منابع و مأخذ:

References:

1- ASM Handbook: Composites, p. 161-162, ASM International, 2001.

2- W. Jiang, F. L. Jin and S. J. Park, "Thermo-Mechanical Behaviors of Epoxy Resins Reinforced with Nano-Al₂O₃ Particles", Journal of Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 18, pp. 594-496, 2012.

3- G. Akovali, Handbook of Composite Fabrication, p. 26-27, iSmithers Rapra Publishing, Ankara, 2001.

4- C. Lhymn and Y. Lhymn, "Friction and Wear of Rubber/Epoxy Composites", Journal of Materials Science, Vol. 24, pp. 1252-1256, 1989.

5- A. Haghighat Mesbahi, D. Semnani and S. N. Khorasani, "Performance Prediction of a Specific Wear Rate in Epoxy Nanocomposites With Various Composition Content of
Polytetrafluoroethylen (PTFE), Graphite, Short Carbon Fibers (CF) and Nano-TiO2 Using Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS)", Composites: Part B, Vol. 43, pp. 549-558, 2012.

6- Q. B. Guo, K. T. Lau, B. F. Zheng, M. Z. Rong and M. Q. Zhang, "Imparting Ultra-Low Friction and Wear Rate to Epoxy by the Incorporation of Microencapsulated Lubricant", Macromolecular Materials and Engineering, Vol. 294, pp. 20-24, 2009.

7- N. L. McCook, B. Boesl, D. L. Burris and W. G. Sawyer, "Epoxy, ZnO, and PTFE Nanocomposite: Friction and Wear Optimization", Tribology Letters, Vol. 22, pp. 253-257, 2006.

8- B. Sureshaa, G. Chandramohan, P. R. S. Rao, P. Sampathkumaran, S. Seetharamu and V. Venkateswarlu, "Friction and Slide Wear Characteristics of Glass-Epoxy and Glass-Epoxy Filled with SiCp Composites", Indian Journal of Engineering & Materials Sciences, Vol. 13, pp. 535-541, 2006.

 

9- J. Stabik and A. Dybowska, "Electrical and Tribological Properties of Gradient Epoxy-Graphite Composites", Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol, 27, pp. 39-42, 2008.

10- G. Pan, Q. Guo, J. Ding, W. Zhang and X. Wang, "Tribological Behaviors of Graphite/Epoxy Two-Phase Composite Coatings", Tribology International, Vol. l43, pp. 1318-1325, 2010.

11- X.S. Xing and R. K. Y. Li, "Wear Behavior of Epoxy Matrix Composites Filled with Uniform Sized Sub-Micron Spherical Silica Particles", Wear, Vol. 256, pp. 21-26, 2004.

12- P. V. Vasconcelos, F. J. Lino, A. M. Baptista and R. J. L. Neto, "Tribological Behaviour of Epoxy Based Composites for Rapid Tooling", Wear, Vol. 260, pp. 30-39, 2006.

13- N. Chand and A. M. Naik, "Development and High Stress Abrasive Wear Behavior of Milled Carbon Fiber-Reinforced Epoxy Gradient Composites", Polymer Composites, Vol. 29, pp. 736-744, 2008.

14- N. Chand and M. K. Sharma, "Development and Sliding Wear Behaviour of Milled Carbon Fibre Reinforced Epoxy Gradient Composites", Wear, Vol. 264, pp. 69-74, 2008.

15- A. K. Kaw, Mechanics of Composite Materials, 2ed, p.207, Taylor & Francis Group, New York, 2006.

16- ASM Handbook: Friction, Lubrication, and Wear Technology, p. 320-628, ASM International, 2004.

17- K. K. Chawla, Fibrous materials, p. 25-204, Cambridge University Press, London, 1998.

18- B. Dong, Z. Yang, Y. Huang and H. L. Li, "Study on Tribological Properties of Multi-Walled Carbon Nanotubes/Epoxy Resin Nanocomposites", Tribology Letters, Vol. 20, pp. 251-254, 2005.

19- M. N. D. Santos, C. V. Opelt, S. H. Pezzin, S. C. Amico, C. E. D. Costa, J. C. Milan, F. H. Lafratta and L. A. F. Coelho, "Nanocomposite of Photocurable Epoxy-acrylate Resin and Carbon Nanotubes: Dynamic-mechanical, Thermal and Tribological Properties", Materials Research, Vol. 16, pp. 367-374, 2013.

20- O. Jacobs, W. Xu, B. Schadel and W. Wu, "Wear Behaviour of Carbon Nanotube Reinforced Epoxy Resin Composites", Tribology Letters Vol. 23, pp. 65-75, 2006.

21- M. C. Romanes, N. A. D. Souza, D. Coutinho, K. J. Balkus and T. W. Scharf, "Surface and Subsurface Characterization of Epoxy-Mesoporous Silica Composites to Clarify Tribological Properties", Wear, Vol. 265, pp. 88-96, 2007.