فهرست مطالب

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
سال دهم شماره 1 (پیاپی 35، بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/05/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مهدی زمانی، محمود مهرداد شکریه* صفحات 2132-2137
    پلی وینیل کلراید بعنوان سومین پلیمر پرمصرف در دنیا از جایگاه ویژه ای در صنایع مختلف برخوردار است. با توجه به کاربرد روز افزون چرم مصنوعی، بررسی و بهینه سازی شرایط پخت یکی از خلاءهای تحقیقاتی در این زمینه به شمار می رود. هدف تحقیق حاضر بررسی تاثیر دما و مدت زمان پخت بر خواص مکانیکی چرم مصنوعی و همچنین شناسایی دما و زمان بهینه پخت است. درپژوهش حاضر، فیلم های چرم مصنوعی با استفاده از روش پوشش دهی با تیغه تهیه شدند و سپس در دما و مدت زمان های مختلف جهت انجام فرآیند پخت قرار گرفتند. بررسی رنگ نمونه یکی از روش های تشخیص میزان تخریب حرارتی است. در این تحقیق با استفاده از این روش میزان تخریب حرارتی و تاثیر آن بر خواص مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین جهت بررسی تاثیر شرایط پخت بر رفتار مکانیکی چرم مصنوعی، نمونه های دمبلی شکل تهیه شدند و تحت آزمون کشش تک محوری قرار گرفتند. نتایج نشان داد که به دلیل حرکات مولکولی بالای ذرات در دمای 190°C، پلاستی سایزر به خوبی به زنجیره های پی وی سی امولسیونی نفوذ می کند و در نتیجه خواص مکانیکی آن را افزایش می دهد. افزایش مدت زمان پخت در دمای ثابت ابتدا سبب افزایش خواص مکانیکی می گردد، سپس به دلیل تخریب حرارتی، خواص مکانیکی نمونه کاهش می یابد. با توجه به نتایج، شرایط پخت تاثیر بسزایی بر خواص مکانیکی چرم مصنوعی دارد. با شناسایی دما و زمان بهینه پخت، تولید چرم های مصنوعی با خواص مکانیکی بالا بدون استفاده از پرکننده های خاص امکان پذیر گردید.
    کلیدواژگان: پی وی سی امولسیونی، چرم مصنوعی، دما و زمان پخت، خواص مکانیکی، تخریب حرارتی
  • مصطفی گلی، احمد افسری*، سید احمد به گزین، سید محمدرضا ناظم السادات صفحات 2138-2146

    از فرآیند اصطکاکی- اغتشاشی برای تولید ماده کامپوزیتی با زمینه فلزی برروی آلیاژ پایه آلومینیمی 5083 به منظور بهبود خواص سختی و تریبولوژیکی استفاده شد. از پودر تقویت کننده دی بوراید تیتانیم و نانو لوله کربنی استفاده گردید و تعداد پاس ها برای انجام فرآیند تغییر داده شد. ریزساختار مواد کامپوزیتی تولید شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی و لایه های سطحی کامپوزیت توسط میکروسختی مورد بررسی قرار گرفتند. این روش در 4 پاس، باعث حداکثر 32.3 درصد افزایش سختی در نانو کامپوزیت سطحی حاصل از پودر نانو لوله کربنی و 21.6 درصد افزایش سختی در نانو کامپوزیت سطحی حاصل از پودر دی بورایدتیتانیم نسبت به فلز پایه گردید. نمونه های تولید شده با چهار پاس حاوی پودر نانو لوله کربنی، دارای سختی 8 درصد بیشتر از سختی نمونه هایی با پاس مشابه با پودر دی بورایدتیتانیم است. بیشترین مقاومت سایشی در 4 پاس حاصل گردید بطوریکه مقاومت سایشی حاصل شده در حالت استفاده از نانو لوله کربنی حدود 45 درصد بیش از حالت استفاده از پودر TiB2 بوده و عمر کاری قطعه در شرایط سایشی را می توان با این عملیات تا 3.5 برابر افزایش داد.

    کلیدواژگان: فرایند اصطکاکی-اغتشاشی، آلیاژ آلومینیم 5083، نانوکامپوزیت سطحی، مقاومت سایشی، سختی
  • عارف انصاری پور، محمد حیدری رارانی*، رسول مهشید صفحات 2147-2165

    با توسعه و گسترش چاپ سه بعدی و ارتقاء به چاپ چهاربعدی، این امکان برای سازه های چاپ سه بعدی معمول فراهم شده است که در طول زمان با اعمال یک یا چند محرک به طور هم زمان آن ها را به ساختاری پویا تبدیل کنند. چاپ چهاربعدی قادر است یک هندسه ساده را به یک هندسه پیچیده تبدیل کند بدون اینکه نیازی به چاپ هندسه پیچیده از ابتدا باشد. همچنین چاپ چهاربعدی هزینه های تولید را کاهش، مواد کمتری را هدر و سرعت تولید را افزایش می دهد و ویژگی هایی مانند خود مونتاژی، خودسازگاری و خود ترمیمی را به ویژگی های مرتبط با سازه های چاپ سه بعدی اضافه می کند. در این مطالعه، ابتدا انواع مواد هوشمند و سازوکار های فعال سازی مورد استفاده در چاپ چهاربعدی مورد بررسی قرار می گیرد. سپس با تمرکز بر پلیمر ها و کامپوزیت های پلیمری، خواص و ویژگی های چاپ چهاربعدی تشریح می شود. در ادامه انواع روش های ساخت افزودنی مورد استفاده در چاپ چهاربعدی پلیمرها شرح داده می شود و در یک بخش جداگانه، تاثیر پارامترهای فرآیندی چاپ با استفاده از یک چاپگر FDM بر پاسخ مواد مورد استفاده به محرک اعمال شده مورد بحث قرار می گیرد. علاوه بر این، گسترش چاپ چهاربعدی در صنایع مختلف مانند پزشکی، هوافضا، حسگرها، رباتیک و سایر زمینه های کاربردی دیگر که چاپ چهاربعدی در آن ها وارد شده مورد بحث قرار گرفت و در پایان این پژوهش، چالش های موجود و فرصت های آتی توضیح داده شده است.

    کلیدواژگان: چاپ چهاربعدی، پلیمرهای حافظه شکل، کامپوزیت، محرک، لایه نشانی ذوبی
  • طیبه اکبری، الهام شهابی*، سید حسین تقویان، مسلم نجفی، سجاد مهدوی صفحات 2166-2175

    در تحقیق حاضر روشی بر اساس فرایند تزریق در خلا برای ساخت پنل‏های ساندویچی مورد استفاده در صنایع دریایی پیشنهاد شده است. خواص مکانیکی محصول ساخته شده با این روش نسبت به روش‏ ساخت سنتی‏‏تر‏ یعنی روش اتصال چسبی بهبود قابل اعتنایی یافته و در عین حال از نقطه نظر اقتصادی نیز به کارگیری این روش مقرون به صرفه است. در این روش ساخت، رویه ‏ها و اتصال آن‏ها به هسته در یک مرحله انجام ‏می‏پذیرد که مزایایی همچون کاهش هزینه ساخت، افزایش سرعت تولید و ارتقای کیفیت اتصال رویه به هسته را در پی دارد. با توجه به کاربرد مد نظر یعنی کاربرد در صنایع دریایی، هسته از جنس فوم PVC (پلی‏وینیل‏-کلراید) شیاردار و رویه ‏ها از جنس الیاف‏شیشه/وینیل‏استر انتخاب شده‏اند که موادی شناخته شده در صنایع دریایی هستند. خواص مکانیکی پنل ساندویچی ساخته شده با روش پیشنهادی در دو نوع بارگذاری خمشی و فشاری مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که در محصول ساخته شده با روش پیشنهادی، استحکام خمشی 78%، استحکام فشاری 92% و جذب انرژی 101% نسبت به پنل ساندویچی ساخته شده با اتصال چسبی افزایش یافته است. عامل اصلی در بهبود خواص مکانیکی در این محصول، ایجاد شبکه‏ای از رزین در فضای خالی شیارهاست که ساختاری مشابه با هسته لانه‏ زنبوری پر شده با فوم را به وجود آورده و باعث تقویت هسته، به ویژه در جهت ضخامت ‏می‏شود.

    کلیدواژگان: پنل ساندویچی، فرایند تزریق در خلا، فوم شیاردار، کاربرد دریایی کامپوزیت‏ها
  • مجتبی عابدینی ندوشن، رضوان عابدینی*، رامین هاشمی صفحات 2176-2183
    کامپوزیت های الیاف ممتد نسبت به کامپوزیت های الیاف کوتاه عملکرد مکانیکی بالاتری دارند به همین سبب به طور قابل توجهی در صنایع هوایی استفاده می شوند. یکی از روش های نوین اتصال کامپوزیت ها جوش فراصوتی (التراسونیک) می باشد. در این فرآیند با اعمال ارتعاشات توان بالا (100 الی 2000 وات) و فرکانس بالا (15 تا 100 کیلوهرتز) به محل اتصال دو قطعه، حرارت در محل اتصال ایجاد و باعث چسبیدن دو قطعه به هم می شود. در این تحقیق به بررسی پارامترهای اتصال جوش فراصوتی کامپوزیت شیشه پلی آمید 6، تاثیر فیلم لایه واسط و جهت الیاف در استحکام اتصال پرداخته شده است و در انتها اتصال جوش فراصوتی با اتصال چسبی مقایسه شده است. در بررسی اتصال به صورت اتصال لبه روی هم، نمونه ها با توجه به استاندارد ASTM D5868 برش خوردند و پس از جوشکاری فراصوتی تحت آزمون کشش-برش قرار گرفتند. با در نظر گرفتن پارامترهای ورودی متوسط برای زمان، فشار و توان مشاهده شد استفاده از یک لایه فیلم پلیمر خالص به عنوان فیلم لایه واسط استحکام جوش را افزایش می دهد. با تغییر جهت الیاف تمامی لایه ها به اندازه 90 درجه، استحکام جوش مقداری کاهش و مقدار بیرون زدگی پلیمر و الیاف بیشتر شد و کیفیت ظاهری کاهش یافت. در مقایسه اتصال جوش با اتصال چسب، مقدار استحکام جوش بالاتر از استحکام اتصال چسب بود و همچنین زمان صرف شده در اتصال جوش بسیار کمتر از زمان صرف شده در اتصال چسبی بوده است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت شیشه پلی آمید، جوش التراسونیک، اتصال دهی کامپوزیت ترموپلاست، اتصال لبه روی هم، کامپوزیت الیاف ممتد
  • محمد کنگویی، رضا اسلامی فارسانی* صفحات 2184-2192
    ساخت کامپوزیت های زمینه فلزی تقویت شده با الیاف یکی از چالش های بزرگ مهندسی در صنایع مختلف به دلیل محدودیت های تولید آن می باشد. در این پژوهش سعی شده است تا با استفاده از روش اختلاط جریان برشی به عنوان روشی جدید در حالت نیمه جامد و با کمک نیروی برشی در فرآیند تولید کامپوزیت زمینه آلومینیوم تقویت شده با الیاف استفاده شود. بدین منظور الیاف بازالت (با درصدهای حجمی 2، 4 و 6) در مذاب آلومینیوم A356 توزیع شده و با ایجاد جریان برشی در محدوده دمای نیمه جامد آلومینیوم، نمونه های کامپوزیتی ساخته شدند. جهت بررسی رفتار مکانیکی کامپوزیت ها از آزمون سختی برینل و پانچ برشی استفاده شد. همچنین بررسی های ریزساختاری به همراه آنالیز عنصری توسط میکروسکوب الکترونی روبشی انجام شد. نتایج بدست آمده نشان داد که با افزایش درصد الیاف بازالت به طور هم زمان سختی، استحکام برشی و استحکام کششی بهبود یافته و در نهایت باعث بهبود استحکام نهایی کامپوزیت گردیده است. استحکام برشی از 119.1 مگاپاسکال برای نمونه بدون الیاف به 132.3 مگاپاسکال در کامپوزیت تقویت شده با 6 درصد حجمی الیاف بازالت افزایش یافت. همچنین نتایج آزمون سختی، افزایش سختی از 62.3 به 70.8 برینل را در نمونه حاوی 6 درصد حجمی الیاف بازالت نشان داد. استحکام کششی نهایی در این نمونه نیز بهبود 10.9 درصدی را نشان داد. بررسی های میکروساختاری نشان داد که تشکیل ترکیبات بین فلزی در فصل مشترک باعث بهبود خواص مکانیکی در این کامپوزیت شده است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت زمینه فلزی، اختلاط جریان برشی، خواص مکانیکی، رفتار سختی، الیاف بازالت
|
  • Mahdi Zamani, Mahmood M Shokrieh * Pages 2132-2137
    Polyvinyl chloride owns a special place in various industries as the third most used polymer worldwide. Due to the widespread usage of synthetic leather, one of the research gaps in this field is the study and optimization of curing conditions. The present research aims to investigate the effects of temperature and time of curing on the mechanical properties of synthetic leather to establish the optimal temperature and time of curing. To this end, synthetic leather films were prepared using the knife coating technique (KCT). Then specimens were placed at different temperatures and times to perform the curing process. Thermal degradation was determined by checking the color of the samples. Also, to investigate the effect of curing conditions on the mechanical behavior of synthetic leather, dumbbell-shaped samples were prepared and subjected to uniaxial tensile tests. The results showed that due to the high molecular motions of the particles at 190°C, the plasticizer penetrates well into the chains of emulsion PVC and thus increases its mechanical properties. Additionally, the mechanical properties of the synthetic leather were enhanced by increasing the cure time at constant temperatures. Afterward, thermal degradation occurred due to the long-term curing process, reducing mechanical properties. According to the obtained results, the curing conditions can significantly affect the mechanical properties of synthetic leather. Likewise, identifying the optimal temperature and time of curing in the artificial leather industry allows the development of products with high mechanical properties without special fillers.
    Keywords: Emulsion PVC Synthetic leather, Temperature, time of curing, Mechanical properties, thermal degradation
  • Mostafa Gooli, Ahmad Afsari *, Sayed Ahmad Behgozin, Sayed MohammadReza Nazemassadat Pages 2138-2146

    Friction stir process (FSP) was used to improve hardness and tribological properties of Al-5083 aluminum alloy through formation of metal matrix composite (MMC) material. The process involved the use of titanium diboride powder (TiB2) and carbon nanotubes reinforcing materials. The number of passes during the process was varied. Observations of the microstructure of the composite materials were made using scanning electron microscopy (SEM), while the composited surface layers were examined using microhardness testing. After conducting four passes using FSP, the surface nanocomposite obtained from carbon nanotubes and TiB2 yielded a maximum increase in hardness of 32.3%, and 21.6% compared to the base alloy respectively. Moreover, the samples produced with four passes, containing carbon nanotubes, showed a hardness 8% greater than the samples produced with the same number of passes, but with TiB2. Additionally, the highest wear resistance was also obtained using four passes. The wear resistance exhibited by the carbon nanotube-reinforced composite was approximately 45% greater than the TiB2 powder-reinforced composite. Hence, the use of FSP can potentially increase the working life of the part in wear conditions by up to 3.5 times.

    Keywords: Friction stir processing, AA5083 Aluminum Alloy, Surface Nanocomposite, Wear resistance, Hardness
  • Aref Ansaripour, Mohammad Heidari-Rarani *, Rasoul Mahshid Pages 2147-2165

    With the development and expansion of 3D printing and upgrading to 4D printing, it became possible for static 3D printed structures to turn them into a dynamic structure over time by applying one or more stimuli simultaneously. 4D printing was able to transform a simple geometry into a complex geometry without the need for printing the entire geometry from the beginning. Also, 4D printing reduced production costs, wasted fewer materials, increased production speed, and added features such as self-assembly, self-compatibility, and self-healing to the features related to 3D printed structures. In this study, first, different types of smart materials (such as shape memory polymers, shape memory alloys, hydrogels, etc.) and activation mechanisms (such as water, heat, pH, etc.) used in 4D printing were evaluated. Then, focusing on polymers and polymer composites, the properties and characteristics of 4D printing were described. In the following, the types of 3D printing methods utilized in the 4D printing of polymers were explained, and in a separate section, the effect of the printing process parameters using an FDM printer on the response of the materials used to the applied stimulus is discussed. Furthermore, the expansion of 4D printing in various industries such as medicine, aerospace, sensors, robotics, and other fields of application in which 4D printing entered was discussed and at the end of this study, the existing challenges and future opportunities were profoundly discussed.

    Keywords: 4D Printing, Shape memory polymers, composites, Stimulus, Fused deposition modeling (FDM)
  • Tayebeh Akbari, Elham Shahabi *, Seyed Hossein Taghavian, Moslem Najafi, Sajad Mahdavi Pages 2166-2175

    In this research, a method based on the vacuum infusion process is proposed for making sandwich panels used in the marine industry. The mechanical properties of the product made with this method have been significantly improved compared to the adhesive bonding method, and also from an economic point of view, it’s cost-effective to use this method. In this method, the construction of face-sheets and their adhesion to the core is done in a single step, which results in some benefits such as reducing construction costs, increasing the production speed and improving the quality of the face-sheets adhesion to the core. According to the intended application, i.e. application in the marine industry, the core is made of grooved Polyvinyl Chloride (PVC) foam and the face-sheets are made of glass/vinylester, which are well-known materials in the marine industry. The mechanical properties of the sandwich panel made by the proposed method have been investigated in both bending and compression loading. The results indicate that in the product made with the proposed method, the bending strength has increased by 78%, the compressive strength has increased by 92%, and the energy absorption has increased by 101% compared to the sandwich panel made by adhesive bonding method. The main factor in improving the mechanical properties of this product is the creation of a network of resin in the empty space of the grooves, which creates a structure similar to the foam filled honeycomb cores and strengthens the core, especially in the thickness direction.

    Keywords: sandwich panel, Vacuum infusion process, Grooved foam, Marine application of composites
  • Mojtaba Abedini Nodoushan, Rezvan Abedini *, Ramin Hashemi Pages 2176-2183
    Composites of continuous fibers have higher mechanical performance than short fibers, which is why they are produced and used significantly in the aviation industry. One of the new methods of joining composites is ultrasonic welding. In this process, by applying high power (100 to 2000 watts) and high frequency (15 to 100 kHz) vibrations to the joint of two parts, heat is generated in the joint and causes the two parts to stick together. In this research, the parameters of the ultrasonic welding of polyamide 6 glass composite, the effect of the interlayer film, and the direction of the fibers on the strength of the connection have been investigated. Ultimately, the ultrasonic welding connection has been compared with the adhesive bond. In examining the connection as an edge-to-edge connection, the samples were cut according to ASTM D5868 standard and subjected to a tensile-shear test after ultrasonic welding. Considering the average input parameters for time, pressure, and power, it was observed that using a pure polymer film layer as the interlayer film increases the welding strength. By changing the direction of the fibers of all layers by 90 degrees, the welding strength decreased a little. The amount of polymer and fiber protrusion increased, and the appearance quality decreased. In comparing the welding connection with the adhesive bond, the value of the welding strength was higher than the strength of the adhesive connection. Also, the time spent on the welding connection was much less than on the adhesive bonding.
    Keywords: Ultrasonic Welding, composites, Polyamide 6 glass fiber, Lap shear joint, Continuous fiber glass composite
  • Mohammad Kangooie, Reza Eslami-Farsani * Pages 2184-2192
    Fabricating Metal matrix composites (MMCs) reinforced by fibers is one of the biggest issues in the engineering in various industries, due to having production limitations. In this research has been tried to fabricate aluminum matrix composites reinforced by fibers through thixomixing as novel method in semi-solid state and by helping shear force. For doing this, the basalt fibers (with the volume fraction of 2, 4, and 6) were dispersed into the molten A356 aluminum and by creating the shear mixing in the range of semi-solid temperature of aluminum, the composites were fabricated. For investigating the mechanical behavior of fabricated composites, the Brinell hardness and shear punch tests were used. Also, microstructural investigations and elemental analysis by scanning electron microscope were performed. The obtained results showed that by increasing the fibers content, the hardness and shear strength were simultaneously improved, which resulted to improve the ultimate strength of composite. The shear strength from 119.1 MPa (for without fibers sample) to 132.3 MPa (in reinforced composite by 6 vol.% basalt fibers) was increased. Also, the hardness test results showed an increase in Brinell hardness from 62.3 to 70.8 Hb in the sample with 6 vol.% of basalt fibers. The ultimate tensile strength in this sample also showed the 10.9% improvement. Microstructural investigations depicted that the formation of intermetallic compounds at the interface caused to improve the mechanical properties.
    Keywords: Metal Matrix Composite, Shear Mixing, Mechanical properties, Hardness Behavior, Basalt fibers