بررسي خواص مكانيكي پليمر پلي‌‌ اكسي‌‌ متيل تقويت شده با نانو لوله كربني به كمك ديناميك مولكولي

Investigation on Mechanical Properties of Polyoxymethylene Reinforced by Carbon Nanotube Using Molecular Dynamics

پلي‌اكسي‌متيلن به عنوان ترموپلاستيك يا پلاستيك گرما‌ نرم علاوه بر استحكام مكانيكي قابل قبول، چگالي بسيار كمتري از فلزات دارد. از اينرو مي‌تواند جايگزين خوبي براي فلزات غيرآهني در صنعت باشد. در اين تحقيق به منظور افزايش استحكام و بهبود خواص مكانيكي اين پليمر، از نانولوله‌هاي عامل‌دار شده كربني استفاده شده است. روش‌هاي تجربي بررسي اين دسته از مواد به دليل هزينه‌بر بودن، با محدوديت‌هايي روبرو است. لذا استفاده از روش‌هاي شبيه‌سازي در مقياس ميكروسكوپي مي‌تواند راهكار مناسبي در مطالعه خواص و رفتار نانو كامپوزيت‌ها باشد. در اين تحقيق از روش ديناميك مولكولي براي شبيه‌سازي خواص مكانيكي نانو‌كامپوزيت پليمر پلي‌اكسي‌متيل كه با نانولوله‌هاي كربني تقويت شده است، استفاده مي‌شود. با توجه به نتايج به دست آمده از شبيه‌سازي مشخص گرديد كه چگالي و خواص مكانيكي پليمر خالص نظير مدول يانگ، تنش تسليم و بيشترين تنش با مقادير تجربي توافق خوبي دارد. نتايج نشان داد كه با افزايش دما استحكام مكانيكي نانوكامپوزيت كاهش يافته. همچنين اين خواص با تقويت پليمر با نانو لوله‌هاي كربني عامل‌دار شده با فلوئور يا هيدروكسيل در يك ساختار نانوكامپوزيتي مي‌تواند مدول يانگ را بين 44/3 تا 44/6 درصد و تنش تسليم را بين20 تا 80 درصد به ترتيب براي اين دو گروه عاملي افزايش دهد.

Polyoxymethylene as a thermoplastic or soft plastic material, in addition to its acceptable mechanical strength, has a much lower density comparing to metals. Therefore, it can be a good alternative to non-ferrous metals in the industry. In this study, nanocomposites of this polymer with carbon nanotubes were used to enhance the strength and improve the mechanical properties of the polymer. Experimental analyses of the nanocomposites have limitations due to the high cost. Therefore, using microscopic scale simulation methods can be a good alternative to study the properties and behavior of these nanocomposites. In this study, the molecular dynamics method is used to simulate the mechanical properties of the nanocomposite. The simulation results obtained in this study show that the density and mechanical properties of the pure polymer such as Young's modulus, yield stress, and the ultimate stress are consistent with experimental values. Moreover, with temperature increase, these mechanical properties will be reduced. Also, these properties by reinforcing polymer with carbon nanotubes which functionalized with hydroxyl and fluoro groups in a nanocomposite structure can modulate Young's modulus from 41.31 to 44.6% and yield stress from 20 to 80% respectively.