بررسی اثر نانوذرات سیلیکون کربید بر خواص مکانیکی و گرمایی رزین اپوکسی آرالدایت با روش دینامیک مولکولی

 رزین های اپوکسی، پلیمرهای گرماسخت با کاربردهای صنعتی گسترده هستند. ویژگی های برجسته این رزین ها در حوزه های مختلف توجه زیادی را جلب کرده است. ویژگی هایی از قبیل نسبت استحکام و سفتی به وزن زیاد، به برتری پلیمرهای تقویت شده نسبت به نمونه های تقویت نشده، منجر شده است. استفاده از نانوذرات به عنوان تقویت کننده در پلیمر موجب بهبود خواصی از قبیل چقرمگی، مقاومت در برابر پیری، استحکام و شکست کامپوزیت ها می شود.

در این پژوهش، اثر افزودن نانوذرات سرامیکی سیلیکون کربید بر خواص مکانیکی و گرمایی سامانه رزین اپوکسی آرالدایت LY 5052 و آرادور HY 5052 با استفاده از روش دینامیک مولکولی مطالعه شد. مراحل مختلف شبیه سازی از مرحله کمینه کردن، متعادل سازی، پخت و محاسبات خواص مکانیکی به کمک هنگرد دما و فشار ثابت و هنگرد دما و حجم ثابت بر اساس میدان نیروی COMPASS II انجام شد.

نتایج شبیه سازی خواص مکانیکی سامانه رزین اپوکسی در دمای 300 کلوین افزون بر تطابق نسبتا خوب با مراجع تجربی و نظری، بر دقت بیشتر میدان نیروی استفاده شده در این پژوهش (COMPASS II) نسبت به کار پیشین (COMPASS) دلالت دارد. همچنین نتایج حاکی از این است، اضافه کردن تقویت کننده سیلیکون کربید به سامانه رزین اپوکسی، افزون بر افزایش نسبی چگالی، در بهبود خواص مکانیکی از جمله استحکام و سختی و نیز خواص گرمایی سامانه موثر است. خواص مکانیکی بهینه سامانه نیز مربوط به درصد های کم نانوذرات سیلیکون کربید است. در نمونه هایی با درصد وزنی بیشتر، با افزایش درصد وزنی، پدیده کلوخگی تشدید شد. در نتیجه، درصد تخلخل افزایش یافت و موجب کاهش خواص مکانیکی و گرمایی سامانه شد. همچنین، بررسی نقش اندازه ذرات بر خواص مکانیکی و گرمایی سامانه نشان داد، با افزایش اندازه ذرات خواص مکانیکی و گرمایی سامانه کاهش می یابد. نانوذرات سیلیکون کربید با سه شکل هندسی متفاوت نیز به سامانه رزین اپوکسی افزوده شد. نتایج نشان داد، خواص مکانیکی سامانه اپوکسی دارای تقویت کننده کروی، به دلیل داشتن نسبت سطح به حجم (0.6cm-1) زیادتر نسبت به حالت استوانه ای (0.5cm-1) و صفحه ای (0.26cm-1) بیشتر است.