اثر نانوسيليكا بر خواص استحكام خمشي و پايداري گرمايي نانوكامپوزيت هاي الياف شيشه-رزين فنولي

Effect of Nanosilica on Bending Strength and Thermal Stability of Glass Fiber/Phenolic Nanocomposite

كامپوزيت‌هاي ساخته شده از الياف شيشه-رزين فنولي به‌طور موثر در ساخت سپرهاي گرمايي به‌كار رفته در محفظه سوختن استفاده مي‌شوند. براي بهبود عملكرد اين نوع از سازه‌هاي كامپوزيتي، استفاده از نانوذرات سيليكا (SiO2) از محتمل‌ترين نوع نانوذرات است. در پژوهش حاضر، اثر افزودن نانوسيليكا بر خواص فداشوندگي كامپوزيت‌هاي فنولي-الياف شيشه بررسي شد. كامپوزيت‌هاي فداشونده الياف شيشه-رزين فنولي با افزودن مقادير متفاوت از %1 تا %3 وزني پركننده نانوسيليكا، كه اندازه ذرات آن‌ها حدود nm 45 بود، با استفاده از پرس گرم ساخته شدند. خواص مكانيكي، گرمايي و فداشوندگي كامپوزيت‌هاي ساخته شده بررسي شد. خواص فداشوندگي كامپوزيت‌ها با آزمون اكسي استيلن بررسي و سرعت فرسايش سطح خطي و وزني آن‌ها محاسبه شد. آزمون پايداري گرمايي كامپوزيت‌ها با گرماوزن‌سنجي در جو هواي خشك، از دماي محيط تا دماي C°800 انجام شد. سرعت گرمادهي آزمون C/min°10 و وزن نمونه‌ها حدودmg 20 بود. نتايج نشان داد، با افزودن نانوسيليكا پايداري گرمايي نانوكامپوزيت‌ها افزايش مي‌يابد، به‌طوري‌ كه سرعت فرسايش خطي و وزني نانوكامپوزيت داراي %3 وزني نانوسيليكا نسبت به نمونه بدون نانوسيليكا به ترتيب 52 و %48 كاهش يافت. بررسي استحكام خمشي سه‌نقطه‌اي اين كامپوزيت‌ها نشان داد، استحكام خمشي اين سازه‌هاي كامپوزيتي وقتي به حداكثر مقدار مي‌رسد كه مقدار نانوسيليكاي به‌كار رفته در آن‌ها %2 وزني باشد. مدول خمشي و استحكام نمونه‌هاي داراي %2 وزني نانوسيليكا به ترتيب حدود 19 و %40 نسبت به كامپوزيت خالص افزايش يافته است. با وجود اين، افزايش %3 وزني نانوذرات موجب كاهش جزيي استحكام و مدول خمشي نسبت به نمونه داراي %2 وزني نانوسيليكا شده است.

Glass fiber/phenolic composites are effectively used as heat shields for fabrication of cooled combustion chambers. To improve the performance of these composites as well as to lower their costs, the use of nanosized silicon dioxide (SiO2) particles has been adopted. In this work, we investigated the effect of nanosilica on properties, heat stability and ablation properties of glass fiber/phenolic composites. Glass fiber/phenolic/nanosilica composites were made of 1, 2 and 3wt% of well-dispersed silica nanoparticals in a phenolic resin. The average size of silica nanoparticals was 45 nm. These nanocomposites were prepared by hot-press process. Ablation properties of the composites were studied by oxy-acetylene torch environment and their mass and linear erosion rates were evaluated. The thermal stability of the produced composite structures was examined by means of thermal gravimetric analysis in air with dynamic scans at a heating rate of 10°C/min from room temperature to 800°C. Bulk samples, of about 20 ±1 mg each, were tested. The results indicated that nano-SiO2 increased the thermal stability of nanocomposites so that their linear and mass erosion rates after modifying with 3 wt% nanosilica dropped by 58% and 53%, respectively. The 3-point bending test results showed that bending strength and modulus of the as-received composites increased with percentage nanosilica added up to 2 wt%, beyond which they decreased. For the glass fiber/phenolic composites with 2 wt% nanosilica particles, embedded in the matrix, strength and modulus increased about 40% and 19%, respectively, in comparison to those for neat glass/phenolic composite.