بررسي تجربي تاثير نانوسيليكا بر مود دوم چقرمگي شكست بين لايه اي كامپوزيت هاي تقويت شده با الياف شيشه

An experimental investigation on mode-II interlaminar fracture toughness of nanosilica modified glass/epoxy fiber-reinforced laminates

در اين مقاله، تاثير افزودن نانوذرات سيليكا بر چقرمگي شكست بين لايه اي مود دو مورد بررسي تجربي قرار گرفته است. نانو مواد مركب با زمينه اپوكسي و با 18 لايه الياف شيشه بافته شده با كسر حجمي الياف 40 درصد و به روش لايه چيني دستي توليد شده است. نانورزين اپوكسي انتخاب شده از دو بخش، يك ديكليسيديل‌اتر بيسفنول نوع آ (DGEBA) با نام تجاري ايپون 828 به‌عنوان پايه اپوكسي و يك پلي‌اكسيپروپيلن ديامين با نام تجاري جف‌امين‌دي 400 به عنوان سخت‌كننده، تشكيل شده است. براي بررسي تاثير نانوذرات بر مود دوم شكست بين لايه اي نانوكامپوزيت ها، نمونه هايي با چهار درصد وزني مختلف صفر، 5/0، 1 و 3 درصد نانوسيليكا ساخته شدند. همچنين نمونه-هايي با 1% وزني نانوسيليكا و با درصد حجمي الياف 55% جهت بررسي تاثير نسبت حجمي الياف روي نتايج ساخته شدند. از روش نمونه خمشي با شكاف انتهايي (ENF) براي اندازه گيري مقاومت بين لايه اي نمونه ها استفاده گرديد. نتايج نشان مي دهد كه به ازاي افزودن درصدهاي وزني بالاي نانوسيليكا در نمونه هاي نانوكامپوزيتي تغيير چنداني در چقرمگي شكست بين لايه اي مود دو ايجاد نمي شود. اين در حالي است كه به ازاي افزودن 5/0 درصد نانوسيليكا در ماتريس نمونه ها، چقرمگي شكست بين لايه اي تا 36% نسبت به نمونه هاي كامپوزيتي خالص بهبود مي يابد. همچنين با توجه به نتايج، به ازاي كاهش نسبت حجمي الياف چقرمگي شكست نمونه ها بيشتر مي شود.

In this research, effect of adding silica nano-particles on the mode II interlaminar fracture toughness of epoxy matrix composites reinforced with glass fibers was experimentally studied. Hand lay-up method has been used to manufacture nanocomposites with18 layers of 2D woven glass fibers with 40% fiber volume fraction. The nano-epoxy resin system is made of diglycidyl ether of bisphenol A (epon 828) resin with jeffamine D400 as the curing agent. Nanosilica particles are dispersed with 0, 0.5, 1 and 3 wt.% (of epoxy resin) to study the effect of nanosilica content on fracture toughness. Also, a series of nanocomposites with 1 wt.% nanosilica content and containing 55 vol.% glass fibers were fabricated to investigate the effect of fiber volume fraction on results. End notch flexure (ENF) test was adopted for the measurement of mode II interlaminar fracture toughness.The results show that high loading of nanosilica has no significant effect on the interlaminar fracture toughness of nanocomposites while the addition of 0.5 wt% nanosilica enhanced the interlaminar fracture toughness about 36% compared to the neat composites. Decreasing fiber volume fraction improved interlaminar fracture energy.