بررسي رفتار خمشي كامپوزيت هاي مشبك تقويت شده با نانو لوله هاي كربني چند جداره

A study on the flexural response of grid composites containing multi-walled carbon nanotubes

سازه هاي مشبك كامپوزيتي با توجه به دارا بودن ساختار منحصر به فردي كه به صورت يك ساختار شبكه اي متشكل از ريب ها است، داراي خواصي نظير نسبت استحكام به وزن بالا، نسبت سفتي به وزن بالا، قابليت جذب انرژي بسيار بالا و همچنين مقاومت به خوردگي مناسب هستند. در اين مقاله، تاثير افزودن نانولوله هاي كربني چندجداره در درصدهاي وزني مختلف (0، 0/1، 0/25 و 0/4) بر رفتار خمشي كامپوزيت هاي مشبك زمينه پليمري به صورت تجربي مورد مطالعه قرار گرفت. براي ساخت نمونه هاي كامپوزيتي مشبك حاوي نانولوله هاي كربني چندجداره از روش لايه گذاري دستي استفاده شد كه در آن پوسته از رزين اپوكسي تقويت شده با الياف شيشه و ريب ها با هندسه آنيزوگريد از رزين اپوكسي تقويت شده با الياف كربن ساخته شدند. سپس بر روي اين نمونه ها آزمون خمش سه نقطه اي صورت پذيرفت و پارامترهايي نظير حداكثر بار خمشي، سفتي خمشي و ميزان جذب انرژي مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج تجربي نشان داد، بهترين رفتار خمشي به ازاي افزودن 0/4 درصد وزني نانولوله هاي كربني حاصل مي شود كه در اين حالت، ميزان حداكثر بار خمشي، سفتي خمشي و ميزان جذب انرژي صفحات مشبك كامپوزيتي به ترتيب به ميزان 24، 35 و 25 درصد نسبت به نمونه مشبك فاقد نانولوله هاي كربني، افزايش مي يابد. همچنين نتايج مطالعات ريزساختاري با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني بهبود خواص فصل مشتركي بين الياف تقويت كننده و زمينه را در ارتباط با نمونه نانوكامپوزيتي نشان دادند كه نقش بسزايي را در بهبود خواص مكانيكي سازه مشبك ايفا مي كند.

Grid composite structures (GCSs) owing to their unique shape which is a network of ribs, have some interesting properties such as low strength to weight ratio, low stiffness to weight ratio, high energy absorption capability and good corrosion resistance. In this study, the effect of the multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) addition at various weight percentages with respect to the matrix (0, 0.1, 0.25 and 0.4) on the flexural behavior of GCSs was experimentally examined. For fabricating of the composites, hand lay-up method was used, where plain E-glass and unidirectional carbon fibers impregnated to the resin mixture were used in the skin and rib parts. Afterwards, 3-point bending test was performed on these specimens and the parameters such as maximum flexural load, flexural stiffness and energy absorption were studied. Experimental results showed that, the best flexural behavior was obtained with the addition of 0.4 wt. % of MWCNTs. In this case, the maximum flexural load, flexural stiffness and energy absorption of the GCSs increased by 24%, 35% and 25%, respectively compared to the specimen without MWCNTs addition. The microstructural investigations of the fracture surfaces using electron microscopy clearly indicated the improvement in the interfacial adhesion between the fibers and epoxy matrix in the case of the nanocomposite specimen. This case plays an important role for improvement in the mechanical properties of the GCSs.