تأثير نانو لوله هاي كربن بر چقرمگي شكست نانو كامپوزيت پايه پليمري تحت برش برون صفحه‌اي در مقايسه با شرايط بارگذاري كشش خالص

CNT influence on fracture toughness of a polymer-based nanocomposite under the out-of-plane shear in comparison with pure tensile loading conditions

در اين پژوهش، تأثير نانولوله هاي كربني چندجداره بر مقاومت شكست نانوكامپوزيت هاي پايه اپوكسي تحت بار برشي خارج از صفحه اي (شكست مود III) در مقايسه با اثر آنها در حالت بارگذاري كششي (شكست مود I) به روش تجربي مورد بررسي قرار گرفته است. به دليل داشتن گرانروي پايين و كاربردهاي گسترده در صنعت، از اپوكسي LY-5052 براي ساخت نمونه هاي نانوكامپوزيت استفاده شده است. درصدهاي وزني در نظر گرفته شده براي محتواي نانولوله هاي كربن اين نمونه ها نيز 0.1، 0.5 و 1 درصد هستند. در فرآيند ساخت نمونه هاي نانوكامپوزيتي، روش امواج مافوق صوت براي همگنسازي نانوذرات در رزين زمينه به كار گرفته شده است. در اين آزمون ها براي اندازهگيري مقاومت شكست نمونه هاي اپوكسي خالص و نانوكامپوزيت ها تحت شرايط بارگذاري مود I و مود III از فيكسچر بارگذارياي كه به تازگي براي مود تركيبي I/III توسعه يافته، استفاده شده است. نتايج به دست آمده نشان ميدهند كه در هر دو حالت بارگذاري، افزايش محتواي نانولوله ها تا 1 درصد وزني موجب افزايش مقاومت شكست نسبت به اپوكسي خالص ميشود. با اين وجود، ماكزيمم چقرمگي هاي شكست مود I و مود III به ترتيب، براي نانوكامپوزيت هاي حاوي 0.5 و 1 درصد وزني نانولوله به دست آمدهاند. در نهايت، روندهاي مشاهده شده در نتايج آزمايشگاهي، با استفاده از ميكرو مكانيزم هاي تأثيرگذاري نانولوله هاي كربني مورد بحث قرار گرفته است.

In this research, the influence of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) on the fracture resistance of epoxy-based nanocomposites under out-of-plane shear (mode III) was investigated experimentally and compared with their effect in the case of tensile (mode I) loading. Due to its wide industrial applications and low viscosity, epoxy LY 5052 was used to manufacture the nanocomposite specimens. The MWCNT contents considered for nanocomposite samples were 0.1, 0.5 and 1.0 wt.%. Ultrasonic homogenization technique was employed for dispersing nano-fillers in the matrix resin. In order to measure the fracture resistance of pure epoxy and nanocomposite specimens under mode I and mode III loading conditions, a loading fixture recently developed for mixed mode I/III fracture tests was utilized. The obtained results showed that in both loading conditions, increasing MWCNTs content up to 1.0 wt.% enhanced the fracture resistance. However, the maximum values of mode I and mode III fracture toughness were attained in the nanocomposites containing 0.5 wt.% and 1 wt.% MWCNT, respectively. Finally, the observed trends in the experimental results have been discussed using the effective micro mechanisms of CNTs inside the polymer matrix