تخمين كاهش استحكام طولي كامپوزيت تك جهتي شيشه - اپوكسي غوطه ور در سولفوريك اسيد با استفاده از نظريه ماكرومكانيك

Sulfuric Acid Using a Micromechanics Model An Estimation of Longitudinal Strength Reduction of Unidirectional E-glass/Epoxy Composite Exposed to

در پژوهش حاضر، روشي جديد براي محاسبه استحكام طولي كامپوزيت هاي زمينه پليمري تك جهتي در شرايط خوردگي در محيط سولفوريك اسيد ارايه شده است. بر اين اساس، از نظريه ماكرومكانيك براي محاسبه استحكام طولي كامپوزيت هاي تك جهتي استفاده شد. در روش مزبور فرض بر اين است كه مي توان مطابق رفتار كامپوزيت سالم، براي تخمين استحكام طولي كامپوزيت هاي تك جهتي زمينه پليمري، با اعمال خواص تضعيف شده الياف و رزين در محيط اسيدي، استحكام ناحيه خورده شده را به دست آورد. از اين رو، آزمايش هاي خوردگي روي رزين اپوكسي و الياف شيشه انجام شد و رفتار استحكامي آنها در محيط سولفوريك اسيد 5 درصد وزني بر حسب زمان غوطه وري در اسيد به دست آمد. از آنجا كه اسيد با گذشت زمان در كامپوزيت نفوذ مي كند، سطح مقطع كامپوزيت به ناحيه خورده شده با اسيد و ناحيه سالم تقسيم شد. سپس، مدلي براي تخمين مقدار نفوذ اسيد در ضخامت كامپوزيت ارايه شد. مدل مزبور با تجزيه عنصري نقاط مختلفي از سطح مقطع كامپوزيت و بر مبناي ساز و كار خوردگي نخ شيشه و تبادل عناصر موجود ميان نخ شيشه و محيط اسيدي ارايه شده است. بدين منظور، از نتايج ساز و كار خوردگي الياف شيشه در محيط سولفوريك اسيد استفاد. سپس، با استفاده از مدل عمق نفوذ اسيد و استفاده از معادلات ماكرومكانيك، استحكام نواحي خورده شده و سالم براي زمان هاي مختلفي از غوطه وري در اسيد محاسبه شد. نتايج به دست آمده با نتايج حاصل از آزمايش ها استحكام طولي نمونه هاي مشابه كامپوزيت در شرايط خوردگي مقايسه شد تا صحت مدل و نتايج به دست آمده از آن سنجيده شود. نتايج اين پژوهش نشان مي دهد، با داشتن خواص الياف و رزين خورده شده، مي توان با استفاده از نظريه ماكرومكانيك استحكام كامپوزيت خورده شده را در محيط اسيدي پيش بيني كرد. با توجه به فرايند پيچيده آزمون خوردگي، نتايج به دست آمده با نتايج حاصل از آزمون هم خواني خوبي دارد.

A new model is proposed in this research to calculate the longitudinal strength of unidirectional E-glass reinforced polymer composites exposed to sulfuric acid environment, using a micromechanics model. In the proposed method, it is assumed that the residual strength of the degraded composites under acidic environment can be calculated by knowing the degraded strength properties of the constituent materials. In order to measure the properties of the degraded epoxy resins and E-glass fibers, corrosion tests are performed on them when exposed to 5% sulfuric acid for different immersion times. Acid penetration in composites is a time consuming phenomenon. Thus, before the acid reaches to inside region of composites, the degraded composites cross-section can be divided to two regions, namely intact and degraded regions. In this stage, a simple model is suggested to estimate the acid penetration depth in the degraded composites. Based on the corrosion mechanisms of glass fibers, the energy dispersive x-ray microanalysis (EDX) results of different points of composites cross-section are used to estimate the acid penetration depth in composites. Both the acid penetration depth model and micromechanics model are used to calculate the longitudinal strength of intact and degraded regions for different immersion times. Thus, the longitudinal strength of degraded composites can be calculated. Moreover, some similar unidirectional E-glass/ epoxy composites exposed to sulfuric acid for different immersion times are tested to measure the longitudinal strength of them. The theoretical results are in good agreements with those experimentally measured.