بهینه سازی استحکام اتصالات کامپوزیت پایه اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه- فولاد سازه

بروز ترکیدگی و نشتی در لوله های انتقال سیال در کشور امری رایج است. ترکیدگی در لوله ها بسته به جنس لوله و شرایط محیطی ممکن است ناشی از یک شکست ترد یا جوانه زنی ترک ها و رشد بعدی آنها بوده و یا بعلت خوردگی و تنش های اعمالی و همچنین صدمات مکانیکی باشد. در پژوهش حاضر با رویکرد بازسازی خطوط لوله انتقال آب با استفاده از وصله های کامپوزیتی پایه اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه، بهینه سازی چسبندگی وصله های کامپوزیتی بر سطح فولاد (به علت نقش کلیدی آن در موفقیت آمیز بودن بازسازی) مورد مطالعه قرار گرفت. ابتدا آزمون های سنجش چسبندگی کامپوزیت بر سطح فولاد در دو حالت بارگذاری کششی و برشی با سه نوع چسب با پایه سیانواکریلات، متااکریلات و اپوکسی به عنوان پلیمر واسط انجام شد. چسب پایه متااکریلاتی با استحکام چسبندگی بالا به عنوان پلیمر واسط انتخاب شد. برای بررسی تاثیر زبری سطح و نوع تمیز کننده، چهار نوع زبری با مش های 100، 220، 500 و پولیش به همراه دو نوع تمیز کننده استون و محلول finish مورد آزمایش استحکام چسبندگی قرار گرفتند. سطح پولیش با محلول finish به علت استحکام بالا انتخاب شد. با بهره گیری از روش تاگوچی بررسی رفتار پخت پلیمر واسط (چسب) در دماهای متفاوت و همچنین تاثیر پیش عملیات سیلان کاری روی سطح فولاد با سنجش استحکام چسبندگی انجام شد و شرایط بهینه هریک تعیین گردید. تاثیر افزودن نانوذرات al2o3، sio2 و tio2 بر استحکام چسبندگی و همچنین میزان خیس کنندگی سطوح مرزی توسط پلیمر واسط به ترتیب با آزمون های sls، tensile، t-peel و اندازه گیری زاویه تماس قطره آب بررسی شد. نتایج بهینه استحکام برشی و کششی به ازای 5/1 % نانوذرات al2o3 و sio2 و 3% نانو ذرات tio2 نشان داد که استحکام نهایی در برش به ترتیب 43 %، 47 % و 29 % و در کشش نیز به ترتیب 62 %، 59 % و 30 % افزایش می یابد. در حالیکه استحکام t-peel با افزایش میزان نانو ذرات کاهش یافت، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که افزایش نانو ذرات منجر به تغییر مورفولوژی مقطع شکست ازحالت نرم به حالت زبر شده است. با اعمال پیش عملیات سیلان کاری روی سطح فولاد و افزودن نانو ذرات با مقدار بهینه al2o3، tio2 و sio2 به پلیمر واسط استحکام نهایی چسبندگی sls، به ترتیب 11800 نیوتن، 12100 نیوتن و 10700 نیوتن حاصل شد که نسبت به حالت اعمال چسب با روش آماده سازی معمول و بدون بهینه سازی دما و زمان پخت و همچنین عدم حضور نانو ذره به ترتیب 223%، 231% و 193% افزایش داشته است. در نهایت با انجام آزمون هیدروستاتیک طی مراحل مختلف بهینه سازی استحکام چسبندگی، حد تحمل فشار آب سیستم های بازسازی از bar 18 به bar 62 افزایش یافت.