تهیه نانوکامپوزیتهای هیبریدی بر پایه رزول/گرافن/الیاف کربن و بررسی خواص مکانیکی و حرارتی آنها

رزین­های فنولیک دارای پایداری ابعادی، حرارتی، مقاومت شیمیایی و خوردگی بسیار عالی هستند. همچنین مواد فرار تولید شده در حین تخریب حرارتی این رزین دارای سمیت پایین بوده و علاوه بر این دارای ذغال گذاری بالا می­باشد. رزین­های فنولیک به علت دارا بودن خواص مطلوب ذکر شده کاربردهای فراوانی در حوزه ­هایی مانند قطعات داخلی هواپیماهای جنگی، سازه ­های مورد استفاده در سکوهای دریایی، پلاستیک­های دیر سوز و کامپوزیت­های کربن/کربن یافته­ اند. در این پژوهش نمونه­ های رزین فنولیک از نوع رزول تقویت شده با الیاف کربن و نانو ذرات گرافن تهیه شد. مقادیر مختلفی از گرافن (۵/۰%، ۱%، ۲% و ۳%) در محلول ۵۰% وزنی رزین فنولیک و اتانول توسط امواج فراصوت به مدت ۱۰ دقیقه با ۶۰% توان دستگاه پخش گردید. پس از آن  کامپوزیت­های هیبریدی حاوی ۵۰% وزنی الیاف کربن به روش لایه گذاری دستی تهیه شد و فرآیند پخت نمونه­ها در دمای ºC160، فشار ۱۲۰ بار توسط پرس گرم صورت گرفت. مورفولوژی، خواص حرارتی و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت­های تهیه شده توسط آزمون­های XRD، FTIR، SEM، TEM، DSC، TGA و خمش سه نقطه­ای بررسی گردید و نتایج حاصل مورد مقایسه قرار گرفت. با افزودن ۱% وزنی گرافن به کامپوزیت­های حاصله مدول و استحکام خمشی نمونه­ها به ترتیب ۵/۱۹% (GPa2/38) و ۷/۸ % (MPa471) افزایش یافت. همچنین استحکام برشی نمونه حاوی ۱% وزنی گرافن ۲۳% نسبت به نمونه خالص افزایش پیدا کرد. مقاومت حرارتی کامپوزیت­های رزین فنولیک/گرافن در مقایسه با رزین خالص افزایش قابل ملاحظه­ای نشان داد. به عنوان مثال در نمونه حاوی ۱% وزنی گرافن افزایش مشاهده شده در شاخص­های T_5%، T_10% و T_d,max به ترتیب ۱۲، ۳۰ و ºC5 بود. نتایج حاصل از آزمون DSC نشان داد که افزودن نانو ذرات گرافن باعث کاهش آنتالپی واکنش پخت و همچنین انتقال پیک گرمازا به دماهای بالاتر می­گردد. این امر می­تواند نشان دهنده اثر ممانعت فضایی صفحات گرافن در حین واکنش پخت باشد که ناشی از مساحت سطح بالای صفحات گرافن است.

نوع فایل :word

تعداد صفحات :۱۳۵

*———————————–*

۱-۱- مقدمه

۱-۲- هدف

۱-۳- پیشینه تحقیق

۱-۳-۱- رزین های فنولیک

۱-۳-۲- نانوکامپوزیت های گرافن

۱-۴- روش کار و تحقیق

۲-فصل دوم

۲-۱- مقدمه

۲-۲- کامپوزیت

۲-۲-۱- کاربردهای کامپوزیت ها

۲-۲-۲- ضرورت سبک سازی کامپوزیت ها

۲-۲-۳- روش های سبک سازی کامپوزیت ها

۲-۲-۴- رزین های مورد استفاده در کامپوزیت ها

۲-۳- رزین های فنولیک

۲-۳-۱- پخت رزین های فنولیک

۲-۳-۲- پخت حرارتی رزول ها

۲-۳-۳- خواص رزین های فنولیک

۲-۳-۴- مزایای رزین های فنولیک

۲-۳-۵- معایب رزین های فنولیک

۲-۳-۶- کاربردهای رزین فنولیک

۲-۴- الیاف

۲-۴-۱- الیاف کربن

۲-۵- نانوکامپوزیت ها

۲-۵-۱- تعریف نانوکامپوزیت ها

۲-۵-۲- کاربرد نانوکامپوزیت ها

۲-۶- گرافن

۲-۶-۱- روش های تولید نانوکامپوزیت های گرافن

۲-۶-۱-أ‌- اختلاط محلولی

۲-۶-۱-ب‌- اختلاط مذاب

۲-۶-۱-ت‌- پلیمریزاسیون درجا

۲-۷- خواص مختلف نانوکامپوزیت های گرافن

۲-۷-۱- خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های گرافن

۲-۷-۱-أ‌- خواص مکانیکی کامپوزیت های کربن/کربن

۲-۷-۲- هدایت الکتریکی نانوکامپوزیت های گرافن

۲-۷-۳- خواص حرارتی نانوکامپوزیت های گرافن

۲-۷-۳-أ‌- هدایت حرارتی نانوکامپوزیت های گرافن

۲-۷-۳-ب‌- پایداری حرارتی نانوکامپوزیت های گرافن

۲-۷-۳-ت‌- اثر گرافن بر روی آنتالپی و دمای شروع پخت و دمای انتقال شیشه ای نانوکامپوزیت ها

۲-۷-۴- مدل سازی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های گرافن

۲-۸- نتیجه گیری

۳-فصل سوم

۳-۱- مقدمه

۳-۲- مواد مصرفی

۳-۲-۱- رزین فنولیک

۳-۲-۲- الیاف کربن

۳-۲-۳- گرافن

۳-۳- تجهیزات و دستگاه های مورد استفاده

۳-۴- روش تهیه نمونه ها

۳-۴-۱- تعیین درصد جامد رزول

۳-۴-۲- تعیین زمان رسیدن به B-stage

۳-۴-۳- پخش نانو ذرات گرافن در حلال و رزین

۳-۴-۴- نحوه تهیه نمونه نهایی و ساخت نانوکامپوزیت هیبریدی رزول بر پایه الیاف کربن و گرافن

۳-۴-۵- نحوه تهیه نمونه های کربنیزه شده نانوکامپوزیت رزول بر پایه الیاف کربن و گرافن

۳-۵- آزمون های انجام شده

۳-۵-۱- بررسی مورفولوژی نانوکامپوزیت به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)

۳-۵-۲- بررسی ساختار شیمیایی رزین و نانوکامپوزیت با استفاده ازطیف سنجی زیر قرمز به روش FTIR

۳-۵-۳- بررسی پایداری حرارتی نانوکامپوزیت رزین فنولیک/گرافن با استفاده از آزمون گرما وزن سنجی (TGA )

۳-۵-۴- بررسی پخت نانوکامپوزیت رزین فنولیک/گرافن با استفاده از آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC)

۳-۵-۵- بررسی نحوه پخش نانو ذرات با استفاده از آزمون طیف سنجی تفرق پرتو ایکس (XRD)

۳-۵-۶- بررسی مورفولوژی نانوکامپوزیت با استفاده از آزمون میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)

۳-۵-۷- بررسی خواص خمشی نانوکامپوزیت رزین فنولیک/گرافن/ الیاف کربن

۳-۵-۸- بررسی خواص استحکام برشی نانوکامپوزیت رزین فنولیک/گرافن/ الیاف کربن

۴-فصل چهارم

۴-۳- مقدمه

۴-۴- تعیین مشخصات مواد مصرفی

۴-۴-۱- تعیین درصد مواد جامد و فرار رزول

۴-۴-۲- تعیین گرانروی رزین

۴-۴-۳- بررسی ساختار شیمیایی رزین رزول IL800 با استفاده از FTIR

۴-۴-۴- بررسی ساختار شیمیایی صفحات گرافن

۴-۴-۵- بررسی شکل و اندازه صفحات گرافن با استفاده از SEM

۴-۴-۶- بررسی ریز ساختار صفحات گرافن و نانوکامپوزیت های آن

۴-۴-۶-أ‌- بررسی ریز ساختار صفحات گرافن و نانوکامپوزیت های آن با استفاده از WAXS

۴-۴-۶-ب‌- بررسی ساختار گرافن با استفاده از  TEM

۴-۴-۶-ت‌- بررسی ریز ساختار نانوکامپوزیت با استفاده TEM

۴-۵- نتایج مربوط به آزمون های بررسی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های هیبریدی رزول/ گرافن/ الیاف کربن

۴-۵-۱- بررسی خواص خمشی نانوکامپوزیت های تهیه شده

۴-۵-۲- بررسی خواص برشی نانوکامپوزیت های تهیه شده

۴-۵-۳- استحکام برشی نانوکامپوزیت های کربن/کربن

۴-۶- بررسی ریزساختار نمونه ها به کمک SEM

۴-۶-۱- بررسی ریزساختار رزین فنولیک و نمونه های حاوی گرافن

۴-۶-۲- بررسی ریزساختار نانوکامپوزیت هیبریدی رزین فنولیک/الیاف کربن/ نانوگرافن توسط (SEM)

۴-۶-۳- بررسی ریزساختار نانوکامپوزیت های کربن/کربن رزین فنولیک/الیاف کربن/ نانوگرافن توسط (SEM)

۴-۶-۴- بررسی پخت رزول و نانوکامپوزیت های حاصل از آن

۴-۶-۴-أ‌- بررسی پخت به کمک FTIR

۴-۶-۴-ب‌- بررسی پخت رزین فنولیک و نانوکامپوزیت حاوی گرافن به کمک DSC

۴-۶-۵- بررسی پایداری حرارتی رزین فنولیک و اثر کسر وزنی گرافن بر روی آن با استفاده از TGA

۵-فصل پنجم

۵-۱- نتیجه گیری

۵-۲- پیشنهادات جهت ادامه کار