هدف از این تحقیق، تولید کامپوزیت زمینه آلیاژهای مس تقویت شده با ذرات الماس میکرونی و بررسی خواص مکانیکی این کامپوزیت است. از مهم ترین مسائل ساخت این نوع کامپوزیت ، بهینه سازی استحکام ذرات الماس در زمینه فلزی و خواص سایشی مد نظر این نوع کامپوزیت است. پودرهای کامپوزیتی با استفاده از آسیابکاری پرانرژی (سایشی) و به روش سینتر پرس داغ تولید شدند. به منظور بررسی استحکام خمشی، سختی و خواص سایشی، نمونه ها با اضافه کردن فلزات مختلف به زمینه، شرایط مختلف آسیابکاری و پارامترهای مختلف فشار داغ، ساخته شدند. هدف از این تحقیق، تولید کامپوزیت زمینه آلیاژهای مس تقویت شده با ذرات الماس میکرونی و بررسی خواص مکانیکی این کامپوزیت است. از مهم ترین مسائل ساخت این نوع کامپوزیت ، بهینه سازی استحکام ذرات الماس در زمینه فلزی و خواص سایشی مد نظر این نوع کامپوزیت است. پودرهای کامپوزیتی با استفاده از آسیابکاری پرانرژی (سایشی) و به روش سینتر پرس داغ تولید شدند. به منظور بررسی استحکام خمشی، سختی و خواص سایشی، نمونه ها با اضافه کردن فلزات مختلف به زمینه، شرایط مختلف آسیابکاری و پارامترهای مختلف فشار داغ، ساخته شدند.

فرضیه: چندلایه ای های فلز-الیاف (FMLs) از ورقه های فلزی و لایه های کامپوزیت الیافی متصل شده به یکدیگر با رزین پلیمری، تشکیل می شوند. هدف از این پژوهش، بررسی خواص خمشی چندلایه ای های فلز-الیاف دوستدار محیط زیست و مقرون به صرفه از نظر اقتصادی است. در دهه های اخیر، کامپوزیت های الیاف طبیعی به دلیل تجدیدپذیری و بازیافت پذیری و هزینه کم مورد توجه قرار گرفته اند و کاربرد آن ها در صنایع رو به رشد است. ترکیب کامپوزیت های طبیعی با لایه های آلومینیم و ساخت چندلایه ای های فلز-الیاف طبیعی می تواند موجب بهبود خواص مکانیکی و افزایش مقاومت در برابر عامل های محیطی مانند رطوبت، گرما و نور خورشید شود. روش ها: چندلایه ای های فلز-الیاف بر پایه الیاف کنف و نیز کامپوزیت های دارای الیاف کنف با دو نوع رزین اپوکسی و وینیل استر با روش لایه گذاری دستی ساخته شدند. خواص خمشی کامپوزیت ها و چندلایه ای های فلز-الیاف تهیه شده با آزمون خمش سه نقطه ای بررسی شد. پس از انجام آزمون های مکانیکی عکس های میکروسکوپ الکترونی پویشی برای بررسی سطح شکست تهیه شد. برای مقایسه، نمونه های مشابه با استفاده از الیاف شیشه با روش لایه گذاری دستی نیز ساخته و بررسی شدند. یافته ها: نتایج آزمون ها نشان داد، استفاده از لایه های آلومینیم در کنار کامپوزیت های دارای الیاف کنف موجب افزایش مدول خمشی و استحکام نهایی نمونه ها می شود. نمونه های ساخته شده با رزین وینیل استر به دلیل برقراری اتصال مناسب با الیاف کنف و نیز نفوذ به فضای خالی داخل الیاف، خواص خمشی بهتری نسبت به کامپوزیت های با ماتریس اپوکسی داشتند. افزون بر این، عکس های میکروسکوپی الکترونی پویشی نشان داد، به دلیل وجود ناصافی سطح و شکل ویژه الیاف کنف، چسبندگی بهتری میان الیاف کنف با رزین وینیل استر و اپوکسی در مقایسه با الیاف شیشه ایجاد شده است.

در پژوهش حاضر به بررسی و مطالعۀ تغییرات خواص مواد در محیط های گرم و مرطوب و تأثیر آن بر رفتار خمشی ورق های چندلایۀ کامپوزیتی پرداخته شده است. حرارت و رطوبت از جمله عوامل محیطی هستند که بر خواص مکانیکی مواد پلیمری تأثیر زیادی دارد و در نتیجه موجب تغییر رفتار چندلایه های کامپوزیتی پایه پلیمری می­شود. به منظور بررسی این تغییر رفتار، یک چندلایۀ کامپوزیتی بر اساس فرضیات کیرشهف و تئوری ورق های نازک، مدل سازی و معادلات حاکم بر خمش چندلایه استخراج شده است. سپس معادلۀ حاکم، برای ورق چندلایه با شرایط مرزی چهار طرف تکیه گاه ساده به صورت دقیق حل شده و پاسخ بسته برای بررسی های عددی مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور بررسی تأثیر عوامل محیطی بر روی خواص مکانیکی این ورق­ها، از مدل های تجربی ارائه شده در پژوهش های گذشته استفاده شده است. در انتها، به منظور بررسی بیشتر، تأثیر عوامل دیگر از جمله نظیر ابعاد ورق چندلایه، دما، رطوبت نسبی، کسر حجمی الیاف، کسر حجمی حفره و لایه چینی روی خیز بیشینۀ ورق چندلایه مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی ها نشان می دهد که تغییر میزان رطوبت نسبی یا دما خواص مکانیکی را به طور چشم گیری کاهش می دهد و رفتار ورق چندلایه را تحت تأثیر قرار می دهد.

در این پژوهش الیاف تنه درخت خرما به عنوان تقویت کننده در کامپوزیت با ماتریس اپوکسی به کار گرفته شد. نمونه های کامپوزیتی با استفاده از الیاف برش داده شده به طول های 1، 2 و 3 سانتی متر و با سه سطح از درصد حجمی الیاف با استفاده از روش قالب گیری دستی تولید شدند و تحت آزمون های کشش و خمش سه نقطه ای قرار گرفتند. نتایج نشان داد طول الیاف در محدوده متغیرهای پژوهش اثر معناداری بر خواص کششی و خمشی نداشته است. به طورکلی افزودن الیاف خرما سبب بهبود مقاومت کششی کامپوزیت نسبت به ماتریس خالص نگردید که علت این مسأله می تواند چسبندگی ضعیف الیاف و ماتریس و وجود عیوب ساختاری در نمونه ها باشد. مدول کششی محاسباتی با استفاده از مدل تسای-پاگانو انطباق نسبتاً خوبی با مقادیر تجربی نشان داد. نتایج آزمون خمش بیان می کند که افزودن 5/7 درصد حجمی الیاف خرما سبب بهبود مقاومت خمشی کامپوزیت می گردد اما در درصد حجمی بالاتر (7/10 درصد) این خاصیت افت می نماید که علت آن افزایش بیش ازحد الیاف و درنتیجه نفوذ کمتر رزین در بین آن ها و اتصال و یکپارچگی کمتر کامپوزیت است. همچنین با افزودن الیاف خرما به اپوکسی مدول خمشی کامپوزیت افزایش یافت. این افزایش در نمونه های حاوی 5/7 و 7/10 درصد حجمی الیاف مشاهده شد که بیشترین مقدار آن به میزانGPa 7/3 در نمونه 5/7 درصد حجمی (% 105 افزایش) به دست آمد.

این پژوهش، به مطالعه خواص خمشی کامپوزیت های زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف های آسیاب شده از دو نوع شیشه معمولی (E-glass) و شیشه با استحکام بالا (S-glass) و یک نوع کربن با استحکام بالا پرداخته است. نخست، الیاف اولیه با استفاده از آسیاب ساینده به پودر تبدیل شد و مورفولوژی آن ها به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. کامپوزیت های تولیدی، با مخلوط و اضافه کردن 1wt.% پودر حاصل از آسیاب کاری الیاف های یاد شده یک رزین اپوکسی تجاری از نوع پخت در دمای بالا تبدیل شدند. تاثیر انجام عملیات گاز زدایی رزین و هم چنین افزودن گاما آمینو پروپیل تری اکسی سیلین (g-APS) به عنوان عامل اتصال دهنده رزین به فاز تقویت کننده نیز بررسی شد. برای این منظور، خواص خمشی کامپوزیت های تولیدی با یکدیگر مقایسه و سطح شکست نمونه های آزمون خمش و مکانیزم های چقرمگی فعال با استفاده از تصاویر SEM ارزیابی شد. با افزودن 2wt.% از g-APS به رزین اپوکسی حاوی الیاف آسیاب شده شیشه E و سپس گاز زدایی آن، بیش ترین افزایش در استحکام خمشی و مدول کشسان مماسی حاصل شد. این مقادیر به ترتیب به میزان 1.22 و 1.20 برابر نسبت به حالت خالص به دست آمد.

کاربرد سازه های ساندویچی در سازه هایی که وزن در آنها اهمیت زیادی دارد، مثل هواپیماها، قایق ها و قطارهای تندرو در حال افزایش است. انتخاب مناسب جنس هسته و رویه ها از نکات مهم در طراحی سازه های ساندویچی است. امروزه استفاده از رویه های فلزی یا کامپوزیتی رایج است. اما، هریک از این مواد معایبی دارند که کاربرد آنها را محدود می سازد. از این رو، چندلایه های فلز- الیاف با داشتن خواص مکانیکی مناسب که تلفیقی از خواص فلزها و کامپوزیت های الیافی است، می توانند جایگزینی مناسب برای سازه های ساندویچی سنتی باشند. در این پژوهش، رفتار تیرهای ساندویچی با رویه های از جنس چندلایه های آلومینیم-الیاف شیشه زیر بار خمشی بررسی شد. برای انجام آزمون های تجربی سه گروه نمونه با رویه های با لایه چینی متفاوت شامل AL/GE (0-90)/GE (90-0)/AL، AL/GE(0-90)/AL/GE (90-0) و GE (0-90-0-90-90-0-90-0) و هسته های از جنس اسفنج پلی یورتان با چگالی 40 kg/m3 ساخته و آزمایش شده اند. نتایج به دست آمده نشان می دهد، سازه های ساندویچی با رویه های از جنس چندلایه های فلز-الیاف توزیع مناسب تری از بار را روی کل سازه ایجاد می کنند و پیوستگی ساختاری آنها تا پایان مرحله فشردگی کامل هسته به خوبی حفظ می شود. اتصال خوب لایه کامپوزیتی و هسته اسفنجی از دیگر نکاتی است که ظرفیت تحمل بار سازه را افزایش می دهد. در بخش تحلیلی نیز با استفاده از روش کلاسیک، نمودارهای نیرو-جا به جایی در ناحیه کشسان، برای هر یک از نمونه ها به دست آمده است. مقایسه نتایج تحلیلی و تجربی نشان می دهد، خرابی در تیرهای ساندویچی با رویه های از جنس چندلایه های فلز-الیاف به دلیل بزرگ تر بودن ناحیه کشسانی، دیرتر شروع می شود، پیش بینی تحلیلی در ناحیه بزرگ تری منطبق بر نتایج تجربی است و مدل تحلیلی رفتار این تیرهای ساندویچی را به خوبی پیش بینی می کند.

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

کامپوزیت های ساخته شده از الیاف شیشه- رزین فنولی به طور موثر در ساخت سپرهای گرمایی به کار رفته در محفظه سوختن استفاده می شوند. برای بهبود عملکرد این نوع از سازه های کامپوزیتی، استفاده از نانوذرات سیلیکا (SiO2) از محتمل ترین نوع نانوذرات است. در پژوهش حاضر، اثر افزودن نانوسیلیکا بر خواص فداشوندگی کامپوزیت های فنولی- الیاف شیشه بررسی شد. کامپوزیت های فداشونده الیاف شیشه-رزین فنولی با افزودن مقادیر متفاوت از %1 تا %3 وزنی پرکننده نانوسیلیکا، که اندازه ذره آن ها حدود 45nm بود، با استفاده از پرس گرم ساخته شدند. خواص مکانیکی، گرمایی و فداشوندگی کامپوزیت های ساخته شده بررسی شد. خواص فداشوندگی کامپوزیت ها با آزمون اکسی استیلن بررسی و سرعت فرسایش سطح خطی و وزنی آن ها محاسبه شد. آزمون پایداری گرمایی کامپوزیت ها با گرماوزن سنجی در جو هوای خشک و از دمای محیط تا دمای 800oC انجام شد. سرعت گرمادهی آزمون 10oC/min و وزن نمونه ها حدود 20 mg بود. نتایج نشان داد، با افزودن نانوسیلیکا پایداری گرمایی نانوکامپوزیت ها افزایش می یابد، طوری که سرعت فرسایش خطی و وزنی نانوکامپوزیت دارای %3 وزنی نانوسیلیکا نسبت به نمونه بدون نانوسیلیکا به ترتیب 52 و %48 کاهش یافت. بررسی استحکام خمشی سه نقطه ای این کامپوزیت ها نشان داد، استحکام خمشی این سازه های کامپوزیتی وقتی به حداکثر مقدار می رسد که مقدار نانوسیلیکای به کار رفته در آن ها %2 باشد. مدول خمشی و استحکام نمونه های دارای %2 وزنی نانوسیلیکا به ترتیب حدود 19 و %40 نسبت به کامپوزیت خالص افزایش یافته است. با وجود این، افزایش %3 وزنی نانوذرات موجب کاهش جزئی استحکام و مدول خمشی نسبت به نمونه دارای %2 وزنی نانوسیلیکا شده است.

در پژوهش حاضر به ساخت و بررسی خواص مکانیکی فوم کامپوزیتی زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات کاربید سیلیسیم پرداخته شده است. فوم های فلزی به واسطه ساختار سلولی خود دارای ویژگی هایی از قبیل چگالی پایین، استحکام به وزن و جذب انرژی بالا در تنش های فشاری می باشند. در میان فلزات مختلف که به منظور فوم سازی مورد استفاده قرار می گیرند، آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل داشتن چگالی نسبتاً پایین، در دسترس بودن و سهولت تشکیل فوم، بیشترین کاربرد را دارند. در این تحقیق فوم های آلومینیومی A356 و کامپوزیتی با مقادیر مختلف از ذرات کاربید سیلیسیم (SiC) به عنوان عامل تقویت کننده و پایدارساز و پودر کربنات کلسیم (CaCO3) به عنوان عامل فوم ساز با استفاده از روش فوم سازی مستقیم از مذاب تولید شد. چگالی نمونه فومی بین 493/0 تا 863/0 گرم بر سانتی متر مکعب اندازه گیری شد. پس از آن ریزساختار فوم ها توسط میکروسکوپ های OM و SEM و خواص فشاری و خمشی فوم ها به دو صورت معمولی و ساندویچ پنل مورد بررسی قرار گرفت. ارتباط بین تنش مسطح و چگالی با درصد وزنی CaCO3 و ذرات SiC بررسی شد که نشان می دهد رفتار فشاری محصولات فومی، یکنواخت نیست. از سوی دیگر نشان داده شد که در 10% وزنی از عامل تقویت کننده SiC، تنش مسـطح (پایا) با کاهـش مقدار پودر CaCO3، از 89/6 الی 62/11 مگاپاسکال افزایش می یابد.

با توجه به ویژگی های مطلوب و خواص مکانیکی ضعیف پلی استر؛ استفاده از نانو ذرات، یکی از پرکاربردترین راه کارها در زمینه ی تقویت خواص مکانیکی پلی استر شناخته می شود اما مواردی همچون؛ هزینه ی سنتز و انباشت نانو ذراتی با استحکام بالا، این فرایند را دچار چالش های بزرگی نموده است. لذا در مطالعه ی حاضر، با استفاده از روش سنتز سبز که روشی نوظهور در زمینۀ نانو کامپوزیت ها به شمار می آید، نانو ذراتی با کیفیت سطح مطلوب از عصاره ی لیمو سنتز شدند. ساختار نانو تقویت کننده ها به صورت کامپوزیتی و متشکل از نانو ذرات سیلیکا در کنار نانو پوسته های هیدروکسید منیزیم می باشند تا خواصی مطلوب از هر دو نانو ماده بدست آید. در این تحقیق خواص خمشی نانو کامپوزیت های مبتنی بر پلی استر، با افزودن سه درصد وزنی از این نانو ذرات (0.25%، 0.5% و 0.75%) مورد بررسی قرار گرفت. همچنین به منظور اعتبار سنجی بلوری نانو ذرات، از تصویر برداری میکروسکوپ الکترونی روبشی و الگوهای پراش اشعة ایکس استفاده شد. نتایج آزمون خمش بیان کرد که استفاده از این نانو ذرات در 0.25 درصد وزنی، استحکام و مدول خمشی را به ترتیب 48% و 47% افزایش می دهد. همچنین مشخص شد که با افزایش درصد وزنی نانو ذرات، استحکام خمشی به دلیل انباشت نانو مواد و از بین رفتن پیوندهای عرضی پلیمر، به 40% تقلیل می یابد.