بررسي مقاومت به ضربه سرعت بالا در صفحات مشبك كامپوزيتي حاوي نانولوله‌هاي‌ كربني

Investigation on the High-velocity Impact Resistance in Grid Composite Plates Containing Carbon Nanotubes

كامپوزيت هاي مشبك به علت طراحي خاص (متشكل از شبكه اي از تقويت كننده ها كه عموماً روي يك پوسته قرار گرفته اند)، از استحكام و سفتي ويژه بالا، و جذب انرژي فوق‌العاده خوبي برخوردار هستند. در تحقيق حاضر، نمونه هاي صفحات مشبك كامپوزيتي زمينه پليمري ساخته شده و اثر افزودن نانولوله‌هاي‌كربني چندجداره در درصدهاي وزني مختلف (0، 0/1، 0/25 و 0/4) بر رفتار ضربه سرعت بالاي اين كامپوزيت ها به‌ صورت تجربي مورد مطالعه قرار گرفته است. بدين منظور، ابتدا نانولوله‌هاي‌كربني چندجداره با استفاده از همزن مكانيكي و امواج اولتراسونيك درون زمينه پليمري توزيع شدند. سپس صفحات مشبك كامپوزيتي پليمري حاوي نانولوله هاي كربني با هندسه شش ضلعي با استفاده از روش لايه‌گذاري دستي ساخته شدند و آزمون ضربه سرعت بالا بر روي اين صفحات به وسيله پرتابه‌ استوانه‌اي با دماغه مخروطي صورت پذيرفت. نتايج تجربي نشان داد كه بهترين رفتار ضربه سرعت بالا به ازاي افزودن 0/4 درصد وزني نانولوله‌هاي‌كربني حاصل مي‌شود. در اين حالت، سرعت حد بالستيك و ميزان انرژي جذب شده طي فرآيند ضربه به ترتيب به ميزان 11 و 22 درصد نسبت به صفحات مشبك كامپوزيتي فاقد نانولوله‌هاي‌كربني، افزايش يافت. همچنين به ازاي افزودن نانولوله‌هاي‌كربني چندجداره، ميزان سطح تخريب صفحات مشبك كامپوزيتي كاهش يافت.

Grid composite structures are a new generation of composite materials which due to their unique design (consist of network of stiffeners which have been located upon a skin) possess high specific strength and stiffness, as well as excellent energy absorption. In this study, the effect of addition of multi walled carbon nanotubes in various weight percentages (0, 0.1, 0.25 and 0.4) on the high-velocity impact properties of grid composite plates was investigated. Multi-walled carbon nanotubes by using mechanical stirrer and ultrasonic waves were dispersed into the polymeric matrix. Grid composite plates with hexagonal geometry were fabricated by hand lay-up method and then high velocity impact test by cylindrical projectile with conical nose was performed on these plates. Experimental results showed that the presence of network of ribs which reinforced with carbon fibers restricts the damaged area and increases the energy absorption. For grid composite plates, the best high-velocity impact behavior was obtained with the addition of 0.4 wt. % of carbon nanotubes which in this case, the ballistic limit velocity and absorbed energy during highvelocity impact was increased by 11 and 22%, respectively. Also with the addition of multi walled carbon nanotubes, the damage size of grid composite plates was decreased.