لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این پژوهش، تأثیر اعمال سیکل های حرارتی بر رفتار ضربه چندلایه الیاف - فلز ساخته شده از آلومینیم و کامپوزیت اپوکسی - الیاف کربن بررسی شد. بدین منظور، در ابتدا چندلا یه های الیاف فلز با چیدمان های متفاوت الیاف کربن (˚0/˚0/˚0/˚0، ˚90/˚90/˚90/˚90، ˚30+/˚30-/˚30-/˚30+ و ˚0/˚90/˚90/˚0) ساخته شدند و تحت سیکل های حرارتی، 0، 1، 10، 30، 50، 70 و 90 قرار گرفتند. برای انجام هر سیکل حرارتی، نمونه ها ابتدا داخل آون به مدت 15 دقیقه قرار داده شدند تا دمای آن ها از دمای محیط به دمای 100 درجه سلسیوس برسد. سپس، نمونه ها به مدت 5 دقیقه در این دما نگهداری شدند و پس از آن از آون خارج و در دمای محیط به مدت 15 دقیقه رها شدند تا دمای آن ها به دمای محیط برسد. سپس، رفتار ضربه این نمونه ها به کمک آزمون ضربه چارپی بررسی شد و سازوکار های مرتبط توسط روش های ماکروساختاری و میکروساختاری  شناسایی شدند. نتایج به دست آمده نشان داد که اعمال سیکل های حرارتی بر چیدمان های تک جهته (˚0/˚0/˚0/˚0 و ˚90/˚90/˚90/˚90) در ابتدا باعث بهبود قابلیت جذب انرژی در این سازه ها می شود که به ترتیب بیشترین بهبود در این چیدمان ها 4/21 و 4/19 درصد هستند. همچنین، نتایج نشان داد که سازوکار های بهبود و کاهش قابلیت جذب انرژی، با تغییر چیدمان ها، به سیکل های حرارتی بالاتر منتقل شدند. بررسی میکروساختاری نشان داد که رفتار شکست با اعمال سیکل حرارتی تغییر کرده و چسبندگی بین الیاف کربن و زمینه اپوکسی از بین رفته است.

کامپوزیت الیاف کربن/اپوکسی یکی از پرکاربردترین کامپوزیت های زمینه پلیمری می-باشد که به دلیل خواص ویژه ای از قبیل استحکام بالا نسبت به وزن، سفتی ویژه بالا، مقاومت خوردگی بالا و مقاومت در برابر تابش اتمی، مصرف بالایی در صنایع مختلف از جمله صنایع هوافضا دارد. به همین جهت مانیتورینگ بارگذاری این نوع کامپوزیت امری مهم است. به منظور شناسایی مکانیزم های خرابی کامپوزیت ها، روش آکوستیک امیشن کارایی بهتری در مقایسه با آزمون های غیر مخرب دیگر دارد. در این پژوهش از روش آکوستیک امیشن برای مانیتورینگ بارگذاری خمشی کامپوزیت الیاف کربن در زمینه اپوکسی استفاده شد. بدین منظور رفتار خمشی کامپوزیت و ارتباط آن با سیگنال های ساطع شده از نمونه تحت بارگذاری بررسی گردید. بکارگیری هر دو روش تبدیل فوریه زمان کوتاه و تبدیل موجک در این پژوهش، نتیجه یکسان آن ها را در پی داشت. با استفاده از تبدیل فوریه زمان کوتاه، فرکانس بیشینه در این بارگذاری در حدود 140 کیلوهرتز تعیین شد که روش تبدیل موجک نیز همین محدوده را تایید کرد. محدوده زمانی رویدادهای رخ داده در نمونه تحت بارگذاری توسط نمودارهای برخط به دست آمده از سیستم آکوستیکی مانیتور گردید و در نهایت مکانیزم های شکست کامپوزیت با تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی تایید شد. محدوده های زمانی و روند صعودی نمودارها، صحت سنجی خوبی با نمودار خمشی بر جای گذاشت.

الیاف کربن، ماده ای با خواص منحصر به فرد (نظیر استحکام ویژه و مدول ویژه بسیار بالا) است که مانند تقویت کننده ای در انواع کامپوزیت ها درصنایع مختلف به خصوص صنایع هوا فضایی و نظامی مورد استفاده قرار می گیرد. این الیاف عمدتا از نوع ویژه ای ازالیاف پلی اکریلونیتریل (PAN) تولید می شود. مراحل تولید الیاف کربن شامل پایدارسازی اکسیدی دردمای پایین درمحیط هوا وکربونیزاسیون الیافPAN پایدار شده در محیط خنثی در دمای بالاست. گرانی قیمت الیاف PAN ویژه و هزینه زیاد فرآیند تولید سبب بالا رفتن قیمت الیاف کربن شده است. در این تحقیق، تولید و بررسی خواص الیاف کربن حاصل از الیافPAN تجاری ارزان قیمت درمقایسه با الیاف کربن حاصل از الیاف PAN ویژه، مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که امکان تولید الیاف کربن از الیافPAN تجاری با خواص مناسب (اما پایین تر درمقایسه با الیاف کربن حاصل از الیاف PAN ویژه) برای به کارگیری در کامپوزیت ها وجود دارد. در این حالت، استحکام کششی، مدول الاستیک و دانسیته الیاف کربن حاصل درمقایسه با الیاف کربنی که ازالیاف PAN ویژه تولید می شود کمتر است. پایین تر بودن خواص الیاف کربن حاصل از الیاف PAN  تجاری در مقایسه با الیاف PAN ویژه، به علت قطر دانسیته خطی بالاتر و استحکام کششی کمتر الیافPAN تجاری است.

در این تحقیق به تاثیر بررسی الیاف کربن بر سینترپذیری و چقرمگی شکست کامپوزیت ZrB2-SiC تهیه شده به روش سینتر با جرقه پلاسما پرداخته شده است. برای این منظور، چهار کامپوزیت با درصد الیاف کربن 10، 20، 30 و 40 به روش جرقه پلاسما سینتر شدند. فرآیند سینتر با جرقه پلاسما در دمای 1800 درجه سانتیگراد، زمان 6 دقیقه تحت فشار 40 مگاپاسکال با نرخ گرم کردن تقریبی 50 درجه بر دقیقه انجام شد. بررسی های ریزساختاری با میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. سختی و چقرمگی شکست به ترتیب به روش های ماکرو ویکرز و SENB اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که با افزایش درص د الیاف کربن، چگالی نسبی نمونه ها کاهش یافته و درصد تخلخل های باز افزایش می یابد. افزایش درصد الیاف کربن در مقادیر بررسی شده در این تحقیق، تاثیر چندانی بر سختی کامپوزیت حاصله ندارد. مشخص شد که افزودن الیاف کربن سبب بهبود چقرمگی شکست کامپوزیت ZrB2-SiC می شود.

مقاومت به ضربه و جذب انرژی کامپوزیت های گرماسخت نه تنها به دلیل تردی ذاتی فاز زمینه یک چالش جدی محسوب می گردد، بلکه تقویت این فاز زمینه با دیگر مولفه های کامپوزیتی به دلیل وجود فازهای آگلوموره و برهمکنش های ضعیف در غیاب اصلاح کننده ها و عامل های کوپلینگ و در نتیجه انتقال نیروی ضعیف در فصل مشترک می تواند خواص جذب انرژی کامپوزیت های گرمانرم را بحرانی تر نماید. یکی از کمیت های هندسی مهم بر روی عوامل مذکور ضریب اندازه موثر الیاف می باشد. در این مطالعه، میکروکامپوزیت های هیبرید الیاف طبیعی کنف/پلی استر توسط روش ترکیب مستقیم با نسبت اندازه نامی الیاف کنف معادل 160، 250 و 320 ساخته شده و به منظور بررسی خواص هم افزایی، میکروذرات کربن سیاه با صفر تا 8 درصد وزنی به نمونه ها با درصد الیاف 5 افزوده شد. نتایج تاثیر مستقیم ضریب اندازه و درصد وزنی الیاف بر روی استحکام ضربه را با افزایش تا 203% نشان داد. اثر هم افزایی کربن سیاه بر روی نمونه های مرجع با طول الیاف 5/0 و 1 سانتیمتر با درصد 5 منجر به 108% افزایش در استحکام ضربه در طول الیاف 5/0 سانتیمتر شد ولیکن در طول الیاف بلندتر منجر به کاهش ضربه پذیری و عدم تاثیر چشمگیر بر انرژی جذب کامپوزیت ها شد. مشاهده 28 و 65 درصد بهبود انرژی جذب به ترتیب نسبت به پلی استر خالص و نمونه های مرجع 5% کنف با طول 5/0 سانتیمتر در 5% کربن سیاه اثر هم افزایی کربن سیاه/کنف را تایید نمود.

در این مطالعه تاثیرات دماهای مختلف محیطی و لایه چینی الیاف بر رفتار خمشی کامپوزیت های هیبریدی متشکل از رزین اپوکسی، الیاف بازالت و الیاف نازک تک جهته کربن مورد بررسی قرار گرفت. کامپوزیت های هیبریدی با استفاده از روش لایه گذاری دستی 2 لایه الیاف نازک تک جهته کربن و 6 لایه الیاف بازالت ساخته شدند. نمونه ها با سه نوع مختلف لایه چینی به طوری که موقعیت الیاف نازک تک جهته کربن از مرکز به سطوح نمونه ها تغییر می کرد، آماده شدند. همچنین، تاثیر دما بر رفتار خمشی نمونه ها با استفاده از دماهای 25، 60 و 95 درجه سانتی گراد مورد بررسی قرار گرفت. تمامی نمونه ها دارای شکست تدریجی بودند و به دلیل حضور الیاف نازک تک جهته کربن، رفتار شبه انعطاف پذیر نشان دادند. نتایج نشان دادند که با قرار دادن الیاف نازک تک جهته کربن در بیرونی ترین لایه ها، استحکام و مدول خمشی نمونه ها به شدت افزایش یافت. به عنوان نمونه، در دمای 25 درجه سانتی گراد، مدول خمشی نمونه هایی که الیاف نازک تک جهته کربن در بیرونی ترین لایه هایش قرار داشتند، حدود 42 درصد بالاتر از مدول خمشی نمونه های با الیاف نازک تک جهته کربن در مرکز بود. با این وجود، مقادیر کرنش شکست نمونه ها با نزدیک کردن الیاف نازک تک جهته کربن به مرکز نمونه ها افزایش داشت. همچنین، نتایج نشان داد که افزایش دما منجر به کاهش مقادیر استحکام و مدول خمشی نمونه ها شده، در حالی که مقادیر کرنش افزایش یافته است.