بهبود چقرمگی شکست نانوکامپوزیت اپوکسی با استفاده هم زمان از نانوذرات سیلیکا با اندازه های مختلف

برای افزایش چقرمگی شکست کامپوزیت اپوکسی، رزین اپوکسی و سخت کننده انیدریدی با نانوذرات سیلیکا تقویت شد. ذرات سیلیکا با اندازه های 12، 20 و 40 نانومتر به شکل تنها یا ترکیب دوتایی به رزین اضافه شده و با دستگاه فراصوتی در ماتریس اپوکسی پخش شدند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان داد، پخش ذرات به خوبی انجام شده است. نتایج آزمون کشش، افزایش مدول یانگ و استحکام کششی کامپوزیت ها را با افزایش کسر وزنی ذرات تقویت کننده یا کاهش اندازه آن ها نشان داد. استفاده هم زمان از دو نوع ذره سیلیکا با اندازه های مختلف 20 و 40 نانومتر موجب ارتقای بهتر مدول یانگ و استحکام شد. اما، استفاده از ترکیب هر یک از آن ها با اندازه ذرات 12 نانومتر افزایش چشمگیری را در خواص کششی موجب نشد.
در حالی که نتایج آزمون خمش سه نقطه ای نمونه برش دار، که برای اندازه گیری انرژی شکست انجام شد، اثر هم افزایی قابل توجهی را در استفاده هم زمان از دو نوع نانوذره سیلیکا نشان داد. انرژی شکست اپوکسی بدون نانوذرات از 280J/m2، برای کامپوزیت دارای نانوذرات 12 نانومتر تا 740J/m2 افزایش داشت. اگر این ذرات به همراه ذرات 20 نانومتر استفاده شوند، با کسر وزنی کل برابر، انرژی شکست تا 770J/m2 زیاد می شود. در نهایت محاسبات نشان داد، اندازه دهانه ترک حدود چند میکرومتر بوده که خیلی بزرگ تر از ابعاد ذرات سیلیکاست. بنابراین، نقش سازوکار های اتصال ترک و انحراف ترک در افزایش چقرمگی ناچیز است و تغییرشکل پلاستیک و گسترش حباب سازوکار های غالب هستند.