عنوان پایان‌نامه
تاثیر توزیع و پراکندگی نانو ذرات (نانو لوله) کربنی بر خواص کامپوزیت های پلیمری
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک- ساخت و تولید
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: -2895;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 67461
- تاریخ دفاع
- ۱۹ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- معصومه ناظم سلیمی
- استاد راهنما
- کارن ابری نیا, مجید بنی اسدی
- چکیده
- نانو کامپوزیت‌های پلیمری به علت کارایی بالا در صنایع مختلف ازجمله هوا-فضا، خودرو، نفت، گاز، الکترونیک و غیره و همچنین در میان تقویت کننده ها، نانولوله های کربنی به علت خواص فوق‌العاده مکانیکی، الکتریکی و حرارتی از اهمیت خاصی بر خوردارند.اخیراً محققان به دنبال نانو کامپوزیت‌هایی می‌باشند که در مصارفی از جمله پوشش موتور خودرو، بال هواپیما، توربین‌های گازی، موتور احتراق هواپیما از قابلیت‌های بالایی برخوردار باشند که این امر مستلزم بهبود خواص آنها است. بنابراین هدف از انجام این تحقیق ارتقاء خواص نانو کامپوزیت پلیمر/ نانولوله کربنی می باشد. بدین منظوراز نانولوله‌های کربنی با پوشش فلز مس برای تقویت پلیمر استفاده‌شده است.در ابتدا برای حصول روش عاملدار سازی مناسب، از هفت روش عاملدارسازی کوالانسی و ترکیب کوالانسی/ غیر کوالانسی استفاده شده است.آزمایشات مکانیکی ، الکتریکی و مورفولوژیکی نشان داد که روش عاملدارسازی ترکیبی نتایج بهتری را ارائه می دهد. در نهایت نانوکامپوزیت های اپوکسی/ نانولوله کربنی پوشش دار مس، که به روش الکترولس پوشش دهی شده اند، با استفاده از فرآیند مخلوط سازی محلولی تهیه شدند و خواص مکانیکی ازجمله خواص کشش، خمش و ضربه، خواص الکتریکی، حرارتی وهمچنین خواص ترمومکانیکی آنها به همراه ویژگی های مورفولوژیکی آنها توسط SEM مورد بررسی قرار گرفت. حضور ذرات فلز مس بر روی نانولوله بر استحکام کششی نانوکامپوزیتها موثر واقع نشد در حالی که مادول کششی آنها بهبود قابل قبولی را بویژه در مقادیر بالاتر از 4/0? وزنی نشان می دهد. نتایج، بهبود قابل توجه خواص خمشی را نشان می دهد به طوری که افزایش 30? و 20? مادول خمشی را برای 1/0? وزنی و افزایش 24? و 30? استحکام خمشی را به ترتیب برای 1/0?وزنی و 25/0? وزنی نانولوله های پوششدارمس و عاملدارنشان می دهد. خواص ضربه نانوکامپوزیتها با میزان کمتر از 1? وزنی نانولوله پوششدار شدیدا بهبود یافت به طوری که افزایش 95?، 92? و41? برای 1/0? ، 25/0? و 5/0? وزنی نانولوله پوششدارمس مشاهده شد. حضور ذرات مس بر روی نانولوله موجب بهبود هدایت الکتریکی نانوکامپوزیتها شد به طوری که نه تنها آستانه نفوذپذیری الکتریکی نانوکامپوزیتها را کاهش داد بلکه موجب افزایش هدایت الکتریکی آنها در تمام درصدهای وزنی تقویت کننده شد. بهبود مادول ذخیره، مادول اتلاف و همچنین دمای انتقال شیشه ای نانوکامپوزیتهای حاوی نانولوله پوششدار به ترتیب بواسطه تست DMTA و DSC اثبات شد. واژه‌های کلیدی: خواص مکانیکی و الکتریکی نانو کامپوزیت، پوشش دهی نانولوله کربنی، فرآیند پوشش دهی الکترولس مس، عاملدارسازی.
- Abstract
- Epoxy-based nanocomposites are applied in high performance applications in broad industrial fields such as aerospace, oil, gas, electronics industries and etc. Enormous researches have been worked on reinforced polymers with nanotubes and investigated the effects of incorporation of nanotubes in polymer on properties of nanocomposites. In this study effects of incorporation of copper coated MWCNTs into epoxy on mechanical, electrical, thermal, thermo-mechanical and morphological properties have been investigated. Deposition of copper nanoparticles on nanotube surface conducted through electroless deposition process before of which the two-step process known as sensitization-activation processes is prerequisite and also preparation of nanocomposites is based on solution blending process. Since presence of oxygen groups on nanotube surface is one of the most important factors to deposit an integrated Cu layer on surface of nanotube, functionalization of MWCNTs has been carried out. Thereby this study involves two steps where in the first step some functionalization processes included covalent and combination of covalent/ non-covalent functionalization designed in order to achieve a suitable method by which could be taken advantages of functional groups on nanotube surface for electroless deposition process of MWCNTs where does not deteriorate the mechanical and electrical properties of nanocomposites. In the second step, MWCNTs were deposited by Cu particles and consequently nanocomposites with different content of copper coated MWCNTs such as 0.1%, 0.25%, 0.5%, 1%, 1.5%wt. were prepared. Qualitative and quantitative analysis such as FTIR and Raman spectroscopy conducted in order to characterize functionalized MWCNTs. Mechanical properties investigated by caring out tensile, three point bending and impact tests. Electrical, thermal, thermo-mechanical and morphological properties investigated by two-point probe system, DSC analysis, DMTA and SEM, respectively. Furthermore, a comparison study between nanocomposites containing copper coated MWCNTs and functionalized MWCNTs were conducted. The results of first step demonstrate that combination of covalent/ noncovalent functionalization using nonionic surfactant (Triton X100) has beneficial effects on mechanical and electrical properties of nanocomposites. The results of second step exhibit that percolation threshold of nanocomposites containing copper coated MWCNTs than functionalized MWCNTs occurs in lower content where electrical conductivity of former is higher than later one in all concentrations. Incorporation of copper coated MWCNTs increases flexural modulus and strength of epoxy resin than functionalized MWCNTs where an increase of 30% and 20% of flexural modulus achieved for nanocomposites containing 0.1%wt Cu-MWCNTs and F-MWCNTs, respectively. On the other hand an increase of 30% and 24% of flexural strength for nanocomposites containing 0.1%wt Cu-MWCNTs and 0.25%wt F-MWCNTs were observed. Tensile modulus of nanocomposites increases for concentrations above 0.4%wt whereas tensile strength decreases continuously. Impact strength of nanocomposites reinforced with copper coated MWCNTs enhances for concentrations below 1%wt where an increase of 95%, 92% and 41% impact strength were observed for concentration of 0.1%, 0.25% and 0.5%wt Cu-MWCNTs, respectively. The results of DMTA analysis demonstrates that presence of copper particles on surface of nanotubes enhances not only storage modulus of nanocomposites especially in rubbery region at high concentrations but also transition temperature (Tg) of them which has also been proved by DSC analysis. Moreover, the results of Tan? indicate a good homogeneous dispersion of Cu-MWCNTs in epoxy matrix. Keywords: Nanocomposite, Copper coated MWCNTs, Functionalization, Electroless deposition process, Mechanical, Electrical, Thermal and thermo-mechanical properties
