بزرگ نمایی الف و ب (x5000)97
شکل ‏4-34 تصویر SEM از سطح شکست کامپوزیت رزین فنولیک/ الیاف کربن همراه با 3% وزنی گرافن با بزرگ نمایی الف x)3000) و ب (x5000)98
شکل ‏4-35 تصویر SEM از کامپوزیت کربن/کربن بدون نانو با بزرگ نمایی x100099

شکل ‏4-36 تصویر SEM از کامپوزیت کربن/کربن با 5/0% وزنی گرافن با بزرگ نمایی x100099
شکل ‏4-37 تصویر SEM از کامپوزیت کربن/کربن با 1% وزنی گرافن با بزرگنمایی x2000100
شکل ‏4-38 تصویر SEM از کامپوزیت کربن/کربن با 2% وزنی گرافن با بزرگنمایی x1000100
شکل ‏4-39 تصویر SEM ازکامپوزیت کربن/کربن با 3% وزنی گرافن با بزرگنمایی x1000101
شکل ‏4-40 تصویر رزین فنولیک خالص کربنیزه شده101
شکل ‏4-41 تصویر رزین فنولیک کربنیزه شده حاوی 1% وزنی گرافن102
شکل ‏4-42 طیف FTIR رزین فنولیک خالص پخت شده و پخت نشده103
شکل ‏4-43 شماتیک واکنش بین صفحات گرافن اکساید و رزین فنولیک104
شکل ‏4-44 طیف FTIR رزین فنولیک پخت شده خالص و دارای 1% وزنی گرافن104
شکل ‏4-45 مقایسه پیک FTIR ناحیه استری رزین فنولیک پخت شده خالص و دارای 1% وزنی گرافن105
شکل ‏4-46 نمودار DSC رزول خالص و رزول دارای گرافن با سرعت حرارت دهی ?C.min-17106
شکل ‏4-47 نمودار TGA رزین فنولیک خالص و رزین فنولیک حاوی درصدهای مختلف گرافن108
شکل ‏4-48 نمودار DTG رزین فنولیک خالص و رزین فنولیک حاوی درصدهای مختلف گرافن108
فهرست جداول
جدول ‏2-1 مشخصات رزین فنولیک تقویت نشده15
جدول ‏2-2 فرمولاسیون نمونه های تهیه شده31
جدول ‏2-3 مدول یانگ و استحکام کششی نانوکامپوزیت فنولیک با درصدهای مختلف از گرافن اکساید32
جدول ‏2-4 خواص رزین اپوکسی و نانوکامپوزیت حاصل از آن33
جدول ‏2-5 خواص کششی نانوکامپوزیت های اپوکسی34
جدول ‏2-6 میزان ذغال گذاری رزین خالص و نانوکامپوزیت رزین فنولیک با درصدهای مختلف از گرافن و نانو الیاف کربن44
جدول ‏3-1 مواد اولیه مورد استفاده در پروژه51
جدول ‏3-2 مشخصات رزین فنولیک رزول52
جدول ‏3-3 مشخصات عمومی الیاف کربن53
جدول ‏3-4 مشخصات نانو ذره گرافن53
جدول ‏3-5 تجهیزات و دستگاه ها54
جدول ‏3-6 کد گذاری و ترکیب درصد نمونه های گرافن/رزول/الیاف کربن57
جدول ‏3-7 کد گذاری و ترکیب درصد نمونه های کربنیزه شده گرافن/رزول/الیاف کربن57
جدول ‏4-1 میزان گرانروی رزین فنولیک IL800 اندازه گیری شده توسط ویسکومتر چرخشی66
جدول ‏4-2 نتایج مربوط به اثر گرافن بر رفتار پخت رزول خالص و رزول حاوی گرافن در سرعت حرارت دهی (?C.min-17)106
جدول ‏4-3 خواص حرارتی رزین فنولیک خالص و رزین فنولیک حاوی درصدهای مختلف گرافن109
چکیده
رزینهای فنولیک دارای پایداری ابعادی، حرارتی، مقاومت شیمیایی و خوردگی بسیار عالی هستند. همچنین مواد فرا?ر تولید شده در حین تخریب حرارتی این رزین دارای سمیت پایین بوده و علاوه بر این دارای ذغال گذاری بالا میباشد. رزینهای فنولیک به علت دارا بودن خواص مطلوب ذکر شده کاربردهای فراوانی در حوزههایی مانند قطعات داخلی هواپیماهای جنگی، سازههای مورد استفاده در سکوهای دریایی، پلاستیکهای دیر سوز و کامپوزیتهای کربن/کربن یافتهاند. در این پژوهش نمونههای رزین فنولیک از نوع رزول تقویت شده با الیاف کربن و نانو ذرات گرافن تهیه شد. مقادیر مختلفی از گرافن (5/0%، 1%، 2% و 3%) در محلول 50% وزنی رزین فنولیک و اتانول توسط امواج فراصوت به مدت 10 دقیقه با 60% توان دستگاه پخش گردید. پس از آن کامپوزیتهای هیبریدی حاوی 50% وزنی الیاف کربن به روش لایه گذاری دستی تهیه شد و فرآیند پخت نمونهها در دمای ?C160، فشار 120 بار توسط پرس گرم صورت گرفت. مورفولوژی، خواص حرارتی و خواص مکانیکی نانوکامپوزیتهای تهیه شده توسط آزمونهای XRD، FTIR، SEM، TEM، DSC، TGA و خمش سه نقطهای بررسی گردید و نتایج حاصل مورد مقایسه قرار گرفت. با افزودن 1% وزنی گرافن به کامپوزیتهای حاصله مدول و استحکام خمشی نمونهها به ترتیب 5/19% (GPa2/38) و 7/8 % (MPa471) افزایش یافت. همچنین استحکام برشی نمونه حاوی 1% وزنی گرافن 23% نسبت به نمونه خالص افزایش پیدا کرد. مقاومت حرارتی کامپوزیتهای رزین فنولیک/گرافن در مقایسه با رزین خالص افزایش قابل ملاحظهای نشان داد. به عنوان مثال در نمونه حاوی 1% وزنی گرافن افزایش مشاهده شده در شاخصهای T5%، T10% و Td,max به ترتیب 12، 30 و ?C5 بود. نتایج حاصل از آزمون DSC نشان داد که افزودن نانو ذرات گرافن باعث کاهش آنتالپی واکنش پخت و همچنین انتقال پیک گرمازا به دماهای بالاتر میگردد. این امر میتواند نشان دهنده اثر ممانعت فضایی صفحات گرافن در حین واکنش پخت باشد که ناشی از مساحت سطح بالای صفحات گرافن است.
کلید واژه: رزین فنولیک، گرافن، الیاف کربن، برش بین لایهای، خواص مکانیکی
فصل اول
مقدمه
در دهه گذشته توسعه نانوکامپوزیتهای پلیمری جدید رشد قابل توجهای داشته است. در مقابل کامپوزیتهای متعارف و معمول، نانوکامپوزیتها دارای ویژگی هستند که در آن از پرکنندهای که حداقل در یک بعد دارای اندازه کمتر از nm100 باشد استفاده شده است. از جمله مزایای نانوکامپوزیتهای پلیمری این است که خواص متعددی به پلیمر اولیه میدهد با وجود این که نسبت به دیگر تقویت کنندهها محدودیت کمتری در فرآیندپذیری آن ایجاد مینماید[1]. کلید این ویژگیها در طراحی و رفتار نانوکامپوزیتهای پلیمری است که شامل اندازه و خواص نانو ذره پرکننده و سطح مشترک بین نانو ذره پرکننده و ماتریس میباشد[2].
در گذشته نه چندان دور پایه نانوکامپوزیتهای پلیمری جدید نانولولههای کربنی1 بود که تحقیقات وسیعی روی آن انجام گرفت. دسته شدن و تجمع ذاتی نانولولههای کربنی و هزینه بالای تولید آن کاربرد این مواد را محدود کرده است[3]. در این میان گرافن2 به عنوان یک جایگزین که نوید بخش تولید نانوکامپوزیتهای پلیمری جدید است توجهها را به خود معطوف کرده که ناشی از خواص عالی آن از جمله خواص حرارتی، الکتریکی، مکانیکی و فیزیکی میباشد[4].
هدف
امروزه در بسیاری از کاربردهای مهندسی، به تلفیق خواص مواد نیاز است و امکان استفاده از یک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را برآورده سازد، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنایع هوافضا به موادی نیاز است که ضمن داشتن استحکام بالا، سبکی ، مقاومت سایشی و مقاومت در برابر نور ماوراء بنفش خوبی داشته باشند و در دمای بالا استحکام خود را از دست ندهند. از آنجایی که یافتن مادهای که همه خواص فوق را دارا باشد، دشوار است، بهتر است به دنبال روشی برای ترکیب خواص مواد باشیم، این راه حل همان استفاده از مواد کامپوزیتی است. در این پژوهش، فعالیتهای تحقیقی در زمینه تهیه نانوکامپوزیتهای هیبریدی رزول/گرافن/الیاف کربن صورت گرفت تا پارامترهای موثر در تهیه و ترکیب درصد بهینه آنها شناسایی شوند و سپس نقش صفحات گرافن بر روی پخت، مقاومت حرارتی، مورفولوژی و ساختار شیمیایی رزین فنولیک و همچنین چسبندگی رزین به الیاف و خواص مکانیکی حاصل از آن بررسی گردد.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

پیشینه تحقیق
رزینهای فنولیک
رزینهای فنولیک یا رزین فنول فرمالدهید که بعضاً به آن فنوپلاست3 نیز میگویند، رزینی است که از واکنش فنول یا مشتقات آن، با یک آلدهید به دست میآید که معمولا آلدهید مصرفی فرمالدهید میباشد. تولید این رزین در سال 1905 توسط بیکلند4 آغاز شد. او به روشهای کنترل و توسعه واکنش برای به دست آوردن محصولی مفید پیبرد و در سال 1907 موفق به اخذ اولین امتیاز در این زمینه شد. اگرچه واکنش بین فنول و آلدهیدها مدتها قبل از این تاریخ شناخته شده بود ولی با افزودن پرکنندههای معدنی و پودر چوب به رزین، موادی مناسب قالبگیری تهیه کرد و آنها را تحت فشار و دما قالبگیری نمود و اولین کمپانی ساخت این مواد را تحت نام باکلیت5 در سال 1910 در آلمان افتتاح کرد. رزین فنولیک تقویت شده با پارچه نیز در سال 1930 میلادی تولید گردید[5].
نانوکامپوزیتهای گرافن
حوزه فناوریهای مرتبط با نانو بیش از حدود 25 سال پیش توسعه یافته و اهمیت آن روز به روز بیشتر گردید. اخیرا نانو مواد محدوده وسیعی از کاربردها را به خاطر ویژگیهای ساختاریشان به خود اختصاص دادهاند با این حال دانشمندان مواد، به دنبال موادی با خواص فیزیکی خوب که از لحاظ ابعادی در محدوده نانو باشند، هستند. از این نظر کشف گرافن و نانوکامپوزیتهای پلیمری بر پایه آن در جایگاه دانش نانو بسیار حائز اهمیت بوده و نقش کلیدی را در دانش و تکنولوژی جدید ایفا میکند. در مجموع استفاده از نانو مواد غیر آلی به عنوان تقویت کننده در تولید کامپوزیتهای پلیمری/ مواد معدنی به دلیل خواص منحصر به فرد آنها بسیار مورد توجه قرار گرفته و در صنایع خودرو، هواپیماسازی، ساختمان و الکترونیک به کار میروند. تحقیقات عمدهای روی نانوکامپوزیتهای پلیمری بر پایه مواد لایهای از منابع طبیعی از جمله مونت موریلونت6 از ترکیبات سیلیکات و خاک رس سنتزی متمرکز شدهاند. رسانایی الکتریکی و حرارتی خاک رس خیلی ضعیف است لذا به منظور رفع این مشکل نانو پرکنندههای بر پایه کربن از جمله دوده7، نانولولههای کربنی، گرافن و نانو الیافکربن8 برای تهیه نانوکامپوزیتهای پلیمری معرفی شدند[4].
کشف گرافن با ترکیبات آن و تواناییهایش برای پراکنش خوب درون ماتریسهای پلیمری مختلف، یک شاخه جدیدی از نانوکامپوزیتهای پلیمری را