بررسي نقش نانولوله‌هاي كربني بر روي رفتار كششي نانوكامپوزيت‌ زمينه وينيل‌استر

Investigation the effect of Multi-wall carbon nano tubes on tensile behavior of vinyl ester based nano composites

رزين‌هاي وينيل‌استر، از معروف‌ترين پليمر‌هاي گرماسخت محسوب مي‌شوند. اين رزين‌ها از واكنش يك نوع اسيد كربوكسيليك غير‌اشباع نظير آكريليك يا متاكريليك و يك واحد رزين اپوكسي توليد مي‌گردند. به‌منظور بهبود خواص و نيز بهينه‌سازي آن‌ها براي شرايط بارگذاري مختلف، اين مواد را با عوامل تقويت‌كننده‌اي از جمله الياف كوتاه (مانند شيشه يا كربن) و يا ذرات سراميكي تقويت مي‌كنند. در تحقيق حاضر از نانولوله كربني چند ديواره به‌عنوان عامل تقويت‌كننده جهت بهبود رفتار كششي رزين وينيل‌استر استفاده شده‌است. نقش نانو لوله‌هاي كربني بر رفتار تغيير شكل و شكست نانو‌كامپوزيت با استفاده از نمونه‌هاي كششي تقويت‌شده با 0، 1/0، 2/0، 3/0، 75/0 و 1 درصد وزني نانو لوله‌هاي كربني طبق استاندارد ASTM D638 بررسي شده‌است. جهت تعيين نقش نانو‌لوله‌هاي كربني بر روي مكانيزم تغيير شكل و شكست وينيل استر، سطح شكست نمونه ها مورد ارزيابي ميكروسكوپي بوسيله ميكروسكوپ الكتروني روبشي قرار گرفت. نتايج حاصل از آزمون كشش نشان مي‌دهد كه مدول يانگ، استحكام تسليم و چقرمگي شكست وينيل استر وابسته به درصد نانولوله كربني مي باشد. بطوريكه با افزودن 1% وزني نانو لوله كربني به رزين وينيل استر، حدود 28% كاهش استحكام كششي، 16/53% افزايش مدول يانگ و 30% كاهش تافنس شكست ايجاد شد. ارزيابي ميكروسكوپي بيانگر وابستگي رفتار شكست نانو‌كامپوزيت ساخته‌شده به حضور و ميزان اين نانو‌لوله‌ها بوده و همچنين به رابطه‌ي منطقي بين خواص و آرايش سطح شكست نانو‌كامپوزيت اشاره دارد. علاوه بر تشكيل حفرات و پديده ي بهم پيوستن حفرات، مكانيزم هاي پل زدن، شكست، جدايش و بيرون آمدن نانو لوله ها و فيبري شدن رزين وينيل استر در سطوح شكست اين نانو كامپوزيت ها بوضوح مشاهده شد.

Vinyl ester resins are one of the most well-known thermosetting polymers. These resins can be produced from the reaction of an unsaturated carboxylic acid such as acrylic or methacrylic acid and an epoxy resin. In order to improve properties and optimize them for different loading conditions, these polymers are reinforced with reinforcing agents such as short fibers like glass or carbon similar to ceramic particles. In this study, multi-wall carbon nano tube was utilized as reinforcing agent to make vinyl ester resin tensile behavior better. The influence of multi-wall carbon nano tubes on deformation and fracture behavior of nano composites were studied using tensile specimens reinforced with 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.75 and 1(%wt) reinforcement based on D638 ASTM standard. To determine the role of these nano fillers on fracture and deformation mechanisms of vinyl ester resins, fracture surfaces of related specimens were evaluated by SEM analysis. Tensile test results show that Young’s Modulus, tensile strength and fracture toughness of such resins depend on the amount of multi-wall carbon nano tubes. By adding 1 (%wt) multi-wall carbon nanotube to vinyl ester resin, about 28% reduction in tensile strength, 50.5% increment in Young’s modulus and 30% reduction in fracture toughness were occurred. Microscopic evaluation shows the dependence of fabricated nano composite fracture behavior on the existence of these nano tubes and also suggests the logical relationship between properties and fracture surface of nano composite. In addition to creation of cavities and void coaleasence phenomenon, bridging, fracture, debonding and pull out mechanisms of multi wall carbon nano tubes as well as vinyl ester fibrillation were seen in fracture surfaces of such nano composites obviousely.