بررسي اثر نانو رس بر رفتار حرارتي و مقاومت اشتعال نانوكامپوزيت فنوليك –كربن

The Investigation of the Nano-Clay Effects on Thermal Behavior and Ignition Resistance of the Phenolic-Carbon Nanocomposite

سيليكات‌هاي لايه‌اي (رس) به‌دليل ساختار در ابعاد نانو در بهبـود خـواص حرارتي كامپوزيـت‌هـاي پليمـري‌ كاربرد گسترده‌اي يافته‌اند. در مقاله حاضر، ابتدا نانو رس بر پايه مونت‌موريلونيت اصلاح‌شده به ميزان 2/5 و 7/5 درصد وزني به روش اخـتلاط مـذاب در زمينـه رزيـن فنوليـك توزيع شد. سپس پارچه كربني بر پايه پلي‌اكريلونيتريل با مخلوط رزين و نانو رس آغشته شده و كامپوزيت كربن – فنوليك به روش لايه‌گذاري دستي و پخـت در اتـوكلاو به دماي °C160 به مدت 4 ساعت سـاخته شـد تا اثر نانو رس بر ساختار كريستالي و خواص حرارتي آن بررسي ‌شـود. فاصله كريستالي صفحات رس با تجزيه و تحليل پـراش اشـعه ايكـس (XRD) تعيين شد و تجزيه و تحليل توزيع نانو رس در زمينه فنوليك توسط ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) انجام شد. از آزمون گرماسنج مخروطي براي ارزيابي اشتعال‌پذيري نانوكامپوزيت‌ها استفاده شد و اثر نانو رس بر استحكام كششي و برشي بين لايه‌هاي نمونه‌ها بررسي شد. نتـايج نشـان داد كـه فاصـله كريستالي نانو رس در رزين تا دو برابر افزايش مي‌يابد. افزودن نانو رس تا 2/5 درصد وزني سبب افزايش زمان وقوع افروزش تا دو برابر و كاهش نرخ رهايش گرما تا 36% شد كه بيانگر تأثير بسزاي نانو رس در تأخير شروع اشتعال، بهبـود مقاومت به اشتعال و ديرسوزي كامپوزيت كربن – فنوليك است. همچنين نتايج نشان داد كه افزودن نانو رس اثر قابل‌ملاحظه‌اي بر استحكام كششي و استحكام برشي نانوكامپوزيت كربن – فنوليك ندارد.

The layered silicates (clay) are being extensively used to improve the thermal properties of polymer-based composites, because of their nano structure. In this study, the modified Montmorillonite-based nano-clay with 2.5 and 7.5 weight percentages were distributed by a melt-mixing method in a phenolic matrix and a poly acrylonitrile-based carbon cloth was used as the reinforcement. The composite was prepared by a manual layout method and cured in an autoclave at 160 °C for 4 hours and the effects of nano-clay loading with 2.5 and 7.5 weight percentages on the crystalline structure and the thermal and mechanical properties of the carbon-polymer-layered silicate nanocomposites were investigated. The silicate galleries spacing of the layered silicate platelets were determined from XRD patterns. The dispersion of the clay layers in the resin was analyzed by TEM studies. The cone calorimetric tests were used to evaluate the flame- retardancy properties of the nanocomposites and the effects of tensile strength and short beam strength were investigated. The results showed that the d-spacing of nanocomposites is doubled due to 2.5 wt. % nano-clay loading. Also, the heat release rate (HRR) is decreased up to 36% by adding the layered silicates. The tensile strength and shear strength of nanocomposites are not influenced considerably by adding the nano-clay.