فهرست مطالب

علوم و فناوری کامپوزیت - سال یازدهم شماره 3 (پیاپی 41، پاییز 1403)

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
سال یازدهم شماره 3 (پیاپی 41، پاییز 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/09/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علی علیزاده*، محسن حیدری بنی، امین رضایی، جعفر اسکندری جم صفحات 2525-2535
    هدف از این پژوهش ساخت و بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت درجا AA5083/TiB2 تولید شده به وسیله فرآیند ریخته گری گردابی بود. به همین منظور، کامپوزیت هایی با 2%، 4% و 6% وزنی ذرات TiB2تولید و با آلیاژ آلومینیوم 5083 فاقد ذرات (TiB2) مقایسه شدند. در این پژوهش ابتدا به منظور پاک سازی ناخالصی ها، آلودگی های سطحی و مولکول های آب موجود در پودرهای TiO2 و B2O3، عملیات پیش گرم کردن بر روی آن ها انجام شد. سپس عملیات آسیاکاری با سرعت 750 دور بر دقیقه به مدت 15 ساعت، به منظور فعال سازی مکانیکی پودرها و ایجاد فازهای واسطه که منجر به تشکیل فاز نهایی (TiB2) در حین فرآیند ریخته گری می شود، انجام شد. پس از آماده سازی پودرها، آن ها با نسبت استوکیومتری مشخص با هدف دستیابی به مقادیر 2%، 4% و 6% وزنی ذرات TiB2 به مذاب آلیاژ آلومینیوم 5083 اضافه شدند و بعد از هم زدن با سرعت 350 دور بر دقیقه به مدت 15 دقیقه، ریخته گری انجام شد. در پایان به منظور بهبود خواص قطعات ریخته گری شده از فرآیند اکستروژن گرم استفاده شد. سپس با استفاده از آنالیز فازی (XRD)، آنالیز میکرو ساختارOM) و SEM) و آزمون های کشش، سختی و دانسیته تولید یا عدم تولید، توزیع ذرات تقویت کننده و خواص مکانیکی نمونه ها مورد بررسی قرار داده شدند. نتایج به دست آمده نشان دهنده ی بهبود خواص مکانیکی نمونه ها با افزایش ذرات TiB2 تا مقدار 4% وزنی پس از عملیات تکمیلی بود. به طوری که بیشترین استحکام کششی و سختی، و کمترین درصد ازدیاد طول نسبی در نمونه ریخته گری و اکسترود شده (در دمای oC 330) AA5083/4Wt.%TiB2 به دست آمد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت زمینه فلزی درجا، ی بورید تیتانیم (Tib2)، ریخته گری گردابی، اکستروژن گرم
  • محمد عبادی شیشه گران، نبی مهری خوانساری*، هادی قربانی صفحات 2536-2545
    امروزه مواد کامپوزیت به دلیل خواص منحصر به فرد، در صنایع مختلفی به طور گسترده مورد استفاده قرار می‎گیرند. در این میان، باتوجه به کاربرد ویژه کامپوزیت های گرمانرم خصوصا در صنایع هوافضا، خواص مکانیکی و رفتار شکست این مواد می‎بایست مورد ارزیابی قرار گیرند. یکی از فرآیندهای مهم در تولید قطعات کامپوزیتی گرمانرم، فرآیند تولید پرس گرم است. با توجه به دوام بالای این مواد و نوع محل استفاده، علاوه بر بررسی خواص مکانیکی، عمر شکست و خستگی این نوع مواد نیز می‎بایست مورد بررسی قرار گیرد. در این مقاله، هدف اصلی بررسی خواص مکانیکی و رفتار شکست مود ترکیبی (I/II) در کامپوزیت الیاف ممتد Glass/PP می‎باشد. بدین منظور، ابتدا کامپوزیت الیاف ممتد Glass/PP به روش پرس گرم ساخته شد. سپس، با استفاده از روش های تجربی، رفتار شکست مود ترکیبی (I/II) این ماده با استفاده از فیکسچر MMB ساخته شده مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت، مقادیر تجربی و تحلیلی ضرایب شدت تنش و انرژی شکست در مود ترکیبی (I/II) گزارش خواهد شد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت، گرمانرم، پرس گرم، شکست، شکست مود ترکیبی (I، I)
  • مهسا قصری، مهرزاد مرتضایی*، حسن فتاحی صفحات 2546-2553
    ساختار سیکلوآلیفاتیک در رزین های اپوکسی می تواند موجب بهبود خواص شیمیایی، فیزیکی، مکانیکی و الکتریکی شود. به منظور بررسی این موضوع از دو رزین اپوکسی سیکلوآلیفاتیک دی گلیسیدیل-4-سیکلوهگزن-1،2-دی کربوکسیلات (دوعاملی) و دی گلیسیدیل-5،4-اپوکسی-سیکلوهگزان-2،1-دی-کربوکسیلات (سه عاملی) استفاده شد و سپس خواص آنها با رزین اپوکسی تجاری بیس فنول (DGEBA) که دارای ساختار آروماتیک است، مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. هر سه رزین اپوکسی با عامل پخت متافنیلن دی آمین (m-PDA) پخت شدند و خواص رزین های پخت شده با آنالیزهای DSC، DMTA و خمش سه نقطه ای مورد بررسی قرار گرفت. باتوجه به نتایج بدست آمده، استحکام و مدول خمشی و استحکام برشی بین لایه ای (ILSS) نمونه بیس فنول به ترتیب 60، 2600 و MPa116 بدست آمد. رزین اپوکسی سیکلوآلیفاتیک دو عاملی، صرفا بخاطر پیوندهای هیدروژنی گروه های استری، افزایش خواص محدودی دارد (59، 3700 و MPa23) و ساختار سیکلوآلیفاتیک آویزان در شبکه سهم چندانی در افزایش خواص ندارد. در حالی رزین اپوکسی سه عاملی علاوه بر نقش پیوندهای هیدروژنی گروه های استری، به دلیل قرار گرفتن صحیح ساختار سیکلوآلیفاتیک در شبکه پخت شده و دانسیته اتصالات عرضی بالاتر، دارای خواص منحصربه فردی می باشد. ساختار سیکلوآلیفاتیک اگر با چهار پیوند در شبکه پلیمری قرار بگیرد، از طریق تغییر کانفورماسیون بین فرم های قایق و صندلی و یا کشیده شدن آن، انرژی های خارجی وارد شده به سیستم را تلف می کند و با افزایش انرژی شکست، مانع از شکست ترد رزین پخت شده می شود. استحکام و مدول خمشی و استحکام برشی بین لایه ای اپوکسی سیکلوآلیفاتیک سه عاملی به ترتیب 82، 4300 و MPa173 بدست آمد که حدود 35، 70 و 50 درصد نسبت به رزین اپوکسی بیس فنول بهبود نشان می دهد. 1
    کلیدواژگان: اپوکسی مدول بالا، رزین سیکلوآلیفاتیک، رابطه ساختار-خواص، خواص مکانیکی
  • رضا سرخوش* صفحات 2554-2562
    این مطالعه با ارائه یک رویکرد نوآورانه در طراحی ساختارهای لانه زنبوری، یک ساختار تقویت شده ی جدیدی را معرفی می کند که دیواره ی داخلی سلول های آن، با فنری با شکل شش ضلعی تقویت شده است. همچنین به ارزیابی و مقایسه مولفه های ضربه پذیری و جذب انرژی ساختار پیشنهادی، با ساختار لانه زنبوری سنتی می پردازد. علاوه بر این، تاثیر پرکردن فضای خالی بین سلول های ساختار لانه زنبوری با فوم پلی اورتان سخت، بر استحکام مکانیکی و جذب انرژی ساختارها، مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش چهار نوع ساختار لانه زنبوری با جنس پلی لاکتیک اسید (PLA+) با کمک پرینتر سه بعدی FDM با ابعاد مکعبی ساخته شد. پس از آن، فوم دو جزئی پلی اورتان به فضای خالی میان سلول ها تزریق شد. در ادامه، نمونه ها در جهت خارج از صفحه، تحت بارگذاری فشاری شبه استاتیکی قرار گرفتند و نمودارهای نیرو-جابه-جایی حاصل از بارگذاری، استخراج شدند. نتایج نشان داد ساختار پیشنهادی لانه زنبوری تقویت شده با فنر، در حالت خالی با افزایش 14 درصدی جذب انرژی و میانگین نیروی لهیدگی و افزایش 24 درصدی راندمان نیروی لهیدگی و در حالت پرشده با فوم با افزایش 21 درصدی جذب انرژی و میانگین نیروی لهیدگی و 26 درصدی راندمان نیروی لهیدگی، عملکرد بهبودیافته ای نسبت به ساختار لانه زنبوری سنتی دارد. همچنین به کارگیری فوم پلی اورتان در ساختار های مشبک لانه زنبوری سنتی و لانه زنبوری تقویت شده، به ترتیب باعث افزایش 16 و 23 درصدی جذب انرژی و میانگین نیروی لهیدگی شد که نشان از بهبود خواص مکانیکی آن دارد.
    کلیدواژگان: ساختارلانه زنبوری، جاذب انرژی، پرینتر سه بعدی، فوم پلی اورتان، لانه زنبوری تقویت شده با فنر
  • پریسا زندی، هادی ابراهیمی فر*، فرهاد محسنی فر صفحات 2563-2568
    در تحقیق حاضر اثر دمای حمام آبکاری (30، 35 و 40°C) روی میکروساختار و رفتار خوردگی پوشش کامپوزیتی Zn-Co-Al2O3 ایجاد شده روی زیرلایه فولادی St37 بررسی شد. میکروساختار و مورفولوژی سطح نمونه ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی مقاومت به خوردگی نمونه بدون پوشش و نمونه های پوشش دار در محلول آبی NaCl 3.5 wt%، از آزمون های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) استفاده شد. بررسی میکروساختار پوشش ها نشان داد که پوشش تشکیل شده در دمای 40°C نسبت به سایر پوشش ها از انسجام و یکنواختی بیشتری برخوردار است. علاوه بر این درصد ذرات Al2O3 در پوشش در این دما بیشترین مقدار ممکن است. اثر مثبت پوشش در افزایش مقاومت به خوردگی فولاد برای پوشش تشکیل شده در دمای 40°C نسبت به سایر پوشش ها چشمگیرتر است. در این حالت مقاومت پلاریزاسیون و دانسیته جریان خوردگی بدست آمده از آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک برای این پوشش نسبت به سایر پوشش ها به ترتیب بیشترین و کمترین مقدار خود را دارد. ظرفیت پوشش تشکیل شده در دمای 40°C نسبت به سایر پوشش ها در آزمون طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی نیز مقاومت به خوردگی بالاتر این پوشش را تایید نمود.
    کلیدواژگان: پوشش کامپوزیتی Zn-Co-Al2o3، دما، خوردگی، پلاریزاسیون پتانسیودینامیک، طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی
  • سید محمدجواد میرباقری، حسن فتاحی*، مهرزاد مرتضایی، محمدرضا پورحسینی، مهدی احمدی صفحات 2569-2579

    در این کار پژوهشی رزین فتالونیتریل بر پایه بیس فنول A با راندمان 93% و درجه خلوص 98.91% سنتز شد و با تکنیک های مختلفی شامل FTIR، 1HNMR و 13CNMR مورد شناسایی ساختاری قرار گرفت. به منظور بررسی اثر نوع عامل پخت بر دمای پخت و خواص حرارتی رزین فتالونیتریل، رزین سنتز شده توسط دو عامل پخت بیس فنول A و متیلن دی آنیلین پخت شد. نتایج DSC نشان داد که عامل پخت آمینی علی رغم درصد وزنی کمتر، در دمای پایین تری باعث پخت رزین می شود. همچنین از نظر مقاومت حرارتی، مشخص شد که T5% رزین پخت شده با متیلن دی آنیلین به میزان °C 45 بالاتر از رزین پخت شده با بیس فنول A می باشد. نهایتا کامپوزیت رزین فتالونیتریل و الیاف کربن با دو درصد محتوای رزین 32% و 41% ساخته شد و خواص مکانیکی و حرارتی آن مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که کامپوزیت با محتوای 32% رزین، دارای خواص بهتری بوده و مقدار استحکام برشی بین لایه ای (ILSS) آن برابر Mpa 36.4 و مدول آن برابر Gpa 56.14 می باشد. مقاومت حرارتی رزین و کامپوزیت تهیه شده با تکنیک TGA مورد ارزیابی قرار گرفت و مشخص شد که رزین خالص در دمای °C 800 درجه سانتی گراد تحت اتمسفر نیتروژن دارای 72% و کامپوزیت با محتوای رزین 32%، دارای 87% ذغال گذاری می باشد. همچنین، نتایج TGA نشان داد که کامپوزیت تهیه شده در اتمسفر هوا و نیتروژن دارای رفتار حرارتی تقریبا یکسانی هستند که حاکی از پایداری گرما اکسایشی منحصر به فرد و بسیار بالای رزین فتالونیتریل سنتز شده است.

    کلیدواژگان: کامپوزیت با کارآیی بالا، رزین دمابالا، فتالونیتریل، الیاف کربن، چرخه پخت
|
  • Ali Alizadeh *, Mohsen Heydari Beni, Amin Rezaei, Jafar Eskandari Jam Pages 2525-2535
    The Purpose of this study is fabrication aluminum matrix composites reinforced with TiB2 in situ ceramic particles by the stir casting process. So, produce composites with 2%, 4% and 6 wt% and contrast with AA5083 alloy of reinforcing particles without. In this study, in order to impurities and surface contamination cleanse and also water molecules contained in the powders of TiO2 and B2O3, preheating operation performed on them. Then milling operation done with speed 750 Rpm for 15 hours, in order to mechanical activation and prevent performed of adverse reactions between the powders in during the casting process. After preparing the powders, they are stoichiometric determined ratio to achieve values of 2%, 4% and 6wt% TiB2 phase were added to the AA5083 alloy molten and after stirring for 15 minutes with speed 350 Rpm, the casting was performed. At the end of in order to properties improve of casting specimens from used hot extrusion process. Then, using phase analysis (XRD), microstructure analysis (OM and SEM) and tensile, hardness and density tests, production or non-production, distribution of reinforcing particles and mechanical properties investigated of samples. The ultimate goal of this research is, using a combined method to problems solve of cast aluminum matrix composites and improving their properties. The results showed an improvement in mechanical properties of samples with increasing reinforcing particles up to 4wt% after completion treatment. As the highest tensile strength and hardness obtained at cast and extruded sample (at temperature of 330 ° C) AA5083/4% TiB2.
    Keywords: In Situ Metal Matrix Composite, Titanium Diboride (Tib2), Vortex Casting, Hot Extrusion
  • Mohammad Ebadi Shishegaran, Nabi Mehri Khansari *, Hadi Ghorbani Pages 2536-2545
    Today, composite materials are widely used in various industries due to their unique properties. In the meantime, considering the special application of thermoplastic composites, especially in the aerospace industry, the mechanical properties and fracture behavior of these materials should be evaluated. One of the important processes in the production of thermoplastic composite parts is the HOT PRESS production process. Considering the high durability of these materials and the type of place of use, in addition to examining the mechanical properties, the failure and fatigue life of these materials should also be examined. In this paper, the main goal is to investigate the mechanical properties and failure behavior of the mixed mode (I/II) in the Glass/PP continuous fibers composite. For this purpose, Glass/PP continuous fiber composite was made by HOT PRESSING method. Then, using experimental methods, the composite mode failure behavior (I/II) of this material was evaluated using the fabricated MMB fixture. Finally, the experimental and analytical values of stress intensity coefficients and fracture energy in the mixed mode (I/II) will be reported.
    Keywords: Composite, Thermoplastic, Hot Press, Fracture, Mixed Mode (I, II)
  • Mahsa Ghasri, Mehrzad Mortezaei *, Hassan Fattahi Pages 2546-2553
    Cycloaliphatic structure in epoxy resins can improve chemical, physical, mechanical and electrical properties. In order to investigate this issue, two cycloaliphatic epoxy resins, (bi-functional) and (tri-functional) were used and then their properties were investigated and compared with DGEBA epoxy resin which has an aromatic structure. All three resins were cured with m-Phenylenediamine and the properties of the cured resins were analyzed by DSC, DMTA and three-point bending analysis. According to the obtained results, the strength and flexural modulus and ILSS of the DGEBA sample were 60, 2600 and 116 MPa, respectively. Bi-functional cycloaliphatic epoxy resin has a limited increase in properties (59, 3700 and 123 MPa) due to the hydrogen bonds of ester groups, and the cycloaliphatic structure hanging in the network does not contribute much to the increase in properties. Meanwhile, the tri-functional epoxy resin, in addition to the role of hydrogen bonds of ester groups, has unique properties due to the correct placement of the cycloaliphatic structure in the cured network and the higher crosslinking density. If the cycloaliphatic structure is placed in polymer network with four links, through the change of conformation between the boat and chair forms or by stretching it, it dissipates the external energy entered into system and by increasing the fracture energy, it prevents the brittle fracture of cured resin. The strength, flexural modulus and ILSS of tri-functional cycloaliphatic resin were obtained as 82, 4300 and 173 MPa, respectively, which shows improvement of about 35, 70 and 50% compared to DGEBA epoxy resin.
    Keywords: High Modulus Epoxy, Cycloaliphatic Resin, Structure-Property Relationship, Mechanical Properties
  • Reza Sarkhosh * Pages 2554-2562
    This study introduces an innovative approach to the design of honeycomb structures by presenting a new reinforced structure with hexagonal spring-reinforced cell walls. The crashworthiness and energy absorption capabilities of the proposed structure are evaluated and compared to those of traditional honeycomb structures. Additionally, the impact of filling the void space between the cells of the honeycomb structure with rigid polyurethane foam on the mechanical strength and energy absorption of the structures is investigated. In this research, four types of honeycomb structures made of polylactic acid (PLA+) were fabricated using an FDM 3D printer with cubic dimensions. Subsequently, a two-part polyurethane foam was injected into the void space between the cells. The samples were then subjected to quasi-static compressive loading out-of-plane, and the resulting force-displacement diagrams were extracted. The results showed that the proposed spring-reinforced honeycomb structure, in its empty state, exhibited a 14% increase in energy absorption and mean crushing force, along with a 24% increase in crushing force efficiency compared to the traditional honeycomb structure. When filled with foam, the proposed structure showed a 21% increase in energy absorption and mean crushing force and a 26% increase in crushing force efficiency, indicating an improved performance. Furthermore, applying polyurethane foam in both traditional and reinforced honeycomb structures resulted in a 16% and 23% increase in energy absorption and mean crushing force, respectively, demonstrating an improvement in their mechanical properties.
    Keywords: Honeycomb Structure, Energy Absorber, 3D Printer, Polyurethane Foam, Spring-Reinforced Honeycomb
  • Parisa Zandi, Hadi Ebrahimifar *, Farhad Mohsenifar Pages 2563-2568
    In the present study, the effect of bath temperature (30, 35, and 40°C) on the microstructure and corrosion behavior of the Zn-Co-Al2O3 composite coating deposited on St37 steel substrate was investigated. The microstructure and corrosion behavior of the coating were studied by changing the bath temperature during electroplating. The coatings were deposited at 30, 35, and 40°C. The microstructure and surface morphology of the samples were investigated by scanning electron microscopy (SEM). Potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) tests were performed in a 3.5 wt% NaCl aqueous solution to investigate the corrosion resistance of the uncoated and coated samples. The microstructural examination of the coatings revealed that the coating formed at 40°C had more cohesion and uniformity than the other coatings. Furthermore, the percentage of Al2O3 particles in the coating was maximum at this temperature. The positive effect of the coating on enhancing the corrosion resistance of the steel was more pronounced for the coating formed at 40°C compared to the others. In this case, the polarization resistance obtained from the potentiodynamic polarization test was the highest, while the corrosion current density was the lowest for this coating compared to the others. The lower capacitance of the coating formed at 40°C compared to the other coatings in the electrochemical impedance spectroscopy test also confirmed the higher corrosion resistance of this coating.
    Keywords: Zn-Co-Al2o3 Composite Coating, Temperature, Corrosion, Potentiodynamic Polarization, Electrochemical Impedance Spectroscopy
  • Seyyed Mohammad Javad Mirbagheri, Hassan Fattahi *, Mehrzad Mortezaei, Mohammad Reza Pourhosseini, Mahdi Ahmadi Pages 2569-2579

    In this work, Phthalonitrile resin based on bisphenol A was synthesized with a yield of 93% and a purity of 98.91%, and its structure was identified using various techniques. To investigate the effect of curing agent type on curing temperature and thermal property of resin, the synthesized resin was cured with two different curing agents including bisphenole A and methylene dianiline. It was observed that the amine curing agent, despite its lower weight percentage, has a more significant effect on accelerating the curing process. Finally, a composite of the synthesized phthalonitrile resin and carbon fibers was prepared with two resin contents, 32% and 41%, and its mechanical and thermal properties were evaluated. The results indicated that the composite with 32% resin content exhibited superior properties, with an interlaminar shear strength (ILSS) of 36.4 MPa and a modulus of 14.56 GPa. The thermal resistance of both resin and composite was assessed using the TGA technique, revealing that the pure resin has a char yield of 72%, while the composite with 32% resin content has a char yield of 87% at 800°C under a nitrogen atmosphere. Moreover, the TGA results demonstrated that the phthalonitrile / carbon fiber composites has approximately the same thermal stability at air and argon atomosphere, domenstrating excellent ability of this resin as a thermal barrier.

    Keywords: High Performance Composite, High Temperature Resin, Phthalocyanine, Carbon Fiber, Curing Cycle