عنوان

مطالعه تجربی اثر بکارگیری نانو ذرات بر رفتار شکست نمونه های نازک نانوکامپوزیتی پلی بوتیلن ترفتالات رس و پلی بوتیلن ترفتالات کربنات کلسیم

Number

پ۲۹۲۷۷

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

مطالعه تجربی اثر بکارگیری نانو ذرات بر رفتار شکست نمونه های نازک نانوکامپوزیتی پلی بوتیلن ترفتالات رس و پلی بوتیلن ترفتالات کربنات کلسیم

First Statement of Responsibility

امیرحسین عبادی

Name of Publisher, Distributor, etc.

مهندسی مکانیک

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۴۰۲

Specific Material Designation and Extent of Item

۸۱ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

مکانیک گرايش ساخت و تولید

Date of degree

۱۴۰۲/۰۶/۱۸

Text of Note

چکیده: اخیراً نمونه های نازک پلیمری برای کاربرد های مختلف مورد توجه قرار گرفته اند ولی در مورد عملکرد مکانیکی و رفتار شکست نمونه های نازک پایه پلیمری دارای شکاف مطالعات کمی انجام شده است. در این پژوهش اثر نانوذرات کلسیم کربنات و نانو رس با درصدهای وزنی 2، 4 و 6 بر رفتار شکست نمونه¬ های نازک نانوکامپوزیتی PBT/clay و PBT/CaCO3 به طور تجربی مطالعه شد. از روش کار ضروری شکست و نمونه¬های شکافدار با سه لیگامنت مختلف 10، 5/11 و13 میلی متر استفاده گردید. آزمون شکست در مود اول و توسط دستگاه کشش انجام شد. مطالعه میکروسکوپی مقاطع شکست نشان دهنده رفتار شکست ترد در نمونه های نازک PBTو نانوکامپوزیت¬ های PBT/clay و PBT/CaCO3 بود. طبق نتایج آزمون شکست، کار ویژه شکست و نیز کار ضروری و غیرضروری شکست با افزودن نانو ذرات رس و کلسیم کربنات به پلیمر¬ پایه PBT بطور قابل توجه کاهش یافت. این کاهش به تردی بیشتر نمونه ¬های نانوکامپوزیتی در مقایسه با نمونه پلیمری خالص نسبت داده شد. بکارگیری روش کار ضروری شکست قراردادی برای نمونه های نازک PBTو نانوکامپوزیت¬ های PBT/clay و PBT/CaCO3 نشان داد که طول لیگامنت نمونه ها بر روی انرژی شکست ویژه تاثیر قابل توجه و معنی داری ندارد. برای این نمونه ها، با توجه به تاثیر جزیی طول لیگامنت بر روی انرژی ویژه شکست، مقدار متوسط انرژی ویژه شکست نمونه ها با سه لیگامنت مختلف محاسبه شد و به عنوان کار ضروری شکست در نظر گرفته شد. نانوکامپوزیت PBT/CaCO3 در مقایسه با PBT/clayانرژی شکست بیشتری را نشان داد و این به ساختار شبه کروی کلسیم کربنات در مقایسه با ساختار ورقه ای رس و اثر متفاوت آنها بر تردی کامپوزیت نسبت داده شد. افزون بر این، در مقایسه با نانوذرات کلسیم کربنات، نانو ذرات رس تمایل بیشتری به کلوخه شدن نشان داد. در این تحقیق، از یک روش ابتکاری نیز استفاده شد و برای نمونه هایی نازک با رفتار شکست ترد، اثر تغییرات شعاع شکاف در نمونه های بدون پیش ترک بر رفتار کششی و شکست مطالعه شد. نمودارهای نیرو-جابجایی نشان داد که برای شعاع های مختلف، یک همگرایی صعودی در منحنی های نیرو-جابجایی و انرژی کل شکست بر حسب اندازه شعاع شکاف بدست می آید. این امکان وجود دارد که روش پیشنهاد شده را بتوان توسعه داد و از آن برای بررسی و مقایسه معنی دار رفتار شکست در نمونه های نازک با رفتار شکست ترد بهره گرفت.مقایسه نتایج این تحقیق برای نمونه های نازک PBT بر خلاف نتایج تحقیقات قبلی گزارش شده برای نمونه های ضخیم PBT نشان می دهد که برای قطعات نازک، رفتار شکست تمایل به غیرخطی بودن پیدا کرده و مقدار انرژی ویژه شکست تا حد زیادی افزایش یافته است. بر خلاف نتایج گزارش شده برای نمونه های ضخیم، بکارگیری نانوذرات معدنی باعث افت مقاومت به شکست در نمونه های نازک شد و نیز نانوکامپوزیت PBT محتوی کلسیم کربنات مقاومت شکست بیشتری در مقایسه با نانوکامپوزیت PBTمحتوی رس داشت.

Text of Note

Abstract: Recently, polymer-based thin samples have received attention for different applications, but few studies have been conducted on the mechanical performance and fracture behavior of polymer-based thin samples with cracks. This research was an attempt to experimentally discover the fracture behavior of thin-walled PBT nanocomposites containing 2, 4 and 6 wt.% of clay and CaCO3 nanoparticles. In this regard, the essential work of fracture approach and double edge notched tension (DENT) samples of different ligaments of 10, 11.5 and 13 mm were employed. The mode I fracture tests were performed by applying the tensile testing machine. The microscopic observations of fractured samples displayed a brittle behavior in the thin-walled PBT, PBT/clay and PBT/CaCO3 samples. According to the fracture tests results, by adding the clay and CaCO3 nanoparticles into PBT, the specific work of fracture and the essential and none-essential works of fracture were considerably reduced. This descent was ascertained to the further brittleness of the nanocomposites as compared to the pristine PBT polymer. The incorporation of the conventional essential work of fracture approach for PBT, PBT/clay and PBT/CaCO3 thin-walled samples revealed that the ligaments length does not have significant and meaningful effect on the specific work of fracture. for corresponding samples with different ligaments was calculated and considered as the essential work of fracture. As compared to the PBT/clay, the PBT/CaCO3 nanocomposite displayed a higher fracture energy and this was contributed to the CaCO3 semi-spherical geometry as compared to the platelet geometry of clay and hence their different associated effects on the brittleness of composites. Furthermore, as compared to the CaCO3 nanoparticles, the clay platelets had higher tendency to agglomeration in PBT polymer matrix. In this research, a new method was also presented by which the effect of notch radius on the tensile and fracture behavior of brittle and thin-walled samples containing no pre-crack was studied. The corresponding force-displacement diagrams for samples possessing different notch radii indicated a relatively incremental and convergent trend in the force-displacement curves and total fracture energy versus notch radius. The suggested scheme may be extended and implemented for the meaningful assessment and comparison of the fracture behavior of brittle thin-walled samples. Comparing the results of present effort for thin-walled PBT polymer sample with that of the previously reported research for thick PBT samples implies that for the thin samples, the fracture behavior tend to be none-linear leading to a higher fracture energy. In contrast to that reported for thick samples, the inclusion of nanoparticles substantially deteriorated the fracture resistance in the thin samples, besides the PBT nanocomposite containing CaCO3 displayed a higher fracture resistance as compared to that of PBT/clay nanocomposite.

Variant Title

Experimental study on the effect of nanoparticles inclusion on the fracture behavior of thin-walled PBT/clay and PBT/CaCO3 nanocomposites.

Entry Element

عبادی،

Part of Name Other than Entry Element

امیرحسین‏

Relator Code

تهیه کننده

Entry Element

شلش نژاد،

Entry Element

‏‏خوشروان آذر،

Part of Name Other than Entry Element

‏‏کریم

Part of Name Other than Entry Element

‏محمدرضا

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Entry Element

تبریز