بررسی اثر نانوذرات آلومینا بر خواص مکانیکی و مورفولوژی رزین اپوکسی چقرمه شده
Abstract
رزین های اپوکسی به دلیل دارا بودن خواصی مانند مقاومت شیمیایی و الکتریکی عالی، پایداری حرارتی وشیمیایی بسیار مناسب، استحکام بالا، سختی و مقاومت سایشی خوب و مقاومت در برابر محیط های قلیایی بسیار مورد توجه صنایع پیشرفته قرار گرفته اند. مهمترین عیب این رزین، شکننده بودن آن پس از پخت و مقاومت پایین در برابر گسترش ترک است. مطالعات زیادی برای چقرمه کردن اپوکسی انجام گرفته است که از آن جمله می توان به اصلاح شیمیایی ساختار رزین، استفاده از پلیمرهای گرمانرم ضربه پذیر، استفاده از لاستیک مایع، استفاده از پرکننده های معدنی و روش هیبریدی (استفاده هم زمان از دو عامل چقرمه کننده) اشاره نمود. در تحقیق حاضر، چقرمه کردن رزین اپوکسی با دو روش استفاده از لاستیک مایع ctbn و روش هیبریدی (استفاده هم زمان از لاستیک مایع و نانوذرات آلومینا) انجام شد. در روش اول، مقادیر صفر تا phr 25 از لاستیک مایع ctbn با فواصل phr 5 به رزین اپوکسی اضافه شده و آزمون های کشش، خمش، ضربه و چقرمگی شکست و شکل شناسی سطح شکست بر نمونه ها انجام شد. حضور لاستیک بطور کلی، استحکام و مدول را کاهش و کرنش در شکست را افزایش داده به نحوی که نمونه دارای phr 25 لاستیک مایع ctbn (ec25) نسبت به نمونه فاقد لاستیک، 38% کاهش استحکام کششی، 56% کاهش مدول کششی و 92% افزایش ازدیاد طول در نقطه شکست نشان می دهد. بیشترین مقدار چقرمگی کششی در مورد کامپوزیت دارای phr 15 لاستیک مایع (ec15) مشاهده شد که 43% افزایش داشت. ازدیاد طول در نقطه شکست نمونه فوق نیز 66% بهبود نشان داد. بالاترین میزان استحکام ضربه با 130% افزایش، مربوط به نمونه ec25 بود. بیشترین مقدار kic برای نمونه ec15 بدست آمد که نسبت به نمونه خالص 54% افزایش نشان داده و پس از آن با افزایش غلظت لاستیک مایع کمی کاهش در مقادیر kic، مشاهده شد. با افزایش مقدار لاستیک مایع، مقادیر انرژی شکست روند افزایشی داشته و نمونه ec25 بیشترین مقدار انرژی شکست را نشان داد که نسبت به نمونه خالص 383% افزایش یافته است. در تمامی نمونه های اصلاح شده با لاستیک مایع، استحکام و مدول خمشی کاهش یافته و نمونه ec25 با 8/36% کاهش استحکام و 7/39% افت مدول نسبت به رزین خالص، کمترین استحکام و مدول خمشی را در میان نمونه های مورد مطالعه نشان داد. بیشترین مقدار کرنش در نقطه شکست نیز برای همین نمونه مشاهده شد که نسبت به نمونه خالص 136% افزایش یافته است. آزمون sem، شکل شناسی دو فازی شامل فاز صلب اپوکسی و حفره های ناشی از جدا شدن ذرات لاستیکی را نشان داد. با توجه به این که بالاترین نسبت افزایش استحکام ضربه به کاهش استحکام کششی برای نمونه دارای phr 15 لاستیک مایع بدست آمد و همچنین بیشترین مقدار kic و چقرمگی کششی مربوط به این نمونه بود، مقدار phr 15 لاستیک مایع به عنوان مقدار بهینه لاستیک جهت تهیه نانوکامپوزیت های هیبریدی انتخاب گردید. در بخش دوم کار، با استفاده از ctbn و نانوذرات آلومینا (phr 10 و 7 ،5 ،3 ،1)، نانوکامپوزیت های هیبریدی تهیه و آزمون های مختلف بر روی آن ها انجام شد. استحکام کششی با افزایش میزان نانوآلومینا افزایش جزیی نشان داده و بیشترین مقدار استحکام با 12% افزایش برای نمونه دارای phr 7 نانوذره (eca7) بدست آمد. مدول کششی نمونه های هیبریدی تا phr5 نانوذرات آلومینا (eca5) افزایش یافته و در مقادیر بالاتر نانوذرات، مدول تقریباً ثابت ماند که در نمونه eca5، 60% افزایش مدول مشاهده شد. بیشترین مقدار کرنش در نقطه شکست مربوط به نمونه eca7 بود که نسبت به نمونه فاقد نانوذرات 6% افزایش نشان داد. بیشترین میزان چقرمگی نیز با 37% افزایش، مربوط به نمونه eca7 بود. با اضافه کردن نانوذره تا phr3، استحکام ضربه کاهش و در مقادیر بیشتر نانوذره، استحکام ضربه افزایش یافت. نمونه eca7 با وجود داشتن بالاترین استحکام ضربه در بین نانوکامپوزیت های هیبریدی، نسبت به نمونه بدون نانوذره، 23% کاهش در استحکام ضربه نشان داد. مقادیر kic و gic، با اضافه شدن نانوذرات تا phr 3 کاهش و پس از آن با افزودن مقادیر بیشتر نانوذره افزایش یافت. نمونه eca7 با 15% افزایش kic و 16% افزایش در انرژی شکست نسبت به نمونه eca0، بهترین نتایج را در این آزمون به خود اختصاص داد. شکل شناسی نمونه ها با آزمون sem بررسی شد. با افزایش مقدار نانوذرات، سطح شکست تغییر کرده که این تغییرات در مقادیر بیشتر از phr3 نانوذره شدیدتر است. پخش و توزیع نانوذرات به وسیله آزمون پراش اشعه ایکس (edxa) بررسی شد که در تمامی نانوکامپوزیت های هیبریدی، توزیع خوب و یکنواخت نانوذرات آلومینا مشاهده شد. زبری سطح شکست نمونه ها به کمک روش بُعد فرکتالی اندازه گیری و بیشترین زبری سطح شکست در نمونه ی eca7 ملاحظه گردید.