عنوان پایان‌نامه
انباشتگی لایه میانی در نانو کامپوزیت های پلیمری با ذرات بیضیگون
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک- ساخت و تولید
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2558;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 61032
- تاریخ دفاع
- ۲۰ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- زیبا قره نازیفام
- استاد راهنما
- کارن ابری نیا, مجید بنی اسدی
- چکیده
- نانوکامپوزیت های پلیمری به دلیل خواص منحصر به فرد خود توجه بسیاری را دهه اخیر به خود جذب کرده است. ذرات نانو در این نوع کامپوزیت ها باعث بهبود خواص مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و ... نسبت به سیستم های پلیمری قبلی می شود. با توجه به اهمیت انباشتگی لایه میانی در نانوکامپوزیت ها و تاثیر آن بر روی خواص مکانیکی و الکتریکی و...، در این پایان نامه سعی شده است این موضوع مورد بررسی قرارگیرد. ابتدا با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو و در نظرگرفتن فاصله نزدیک ترین برخورد بین ذرات، مدل سه بعدی ذرات در داخل حجم نمونه ایجاد شده است.لایه ای به عنوان لایه میانی روی ذرات ایجاد میشود و با در نظر گرفتن فاصله نزدیک ترین برخورد بین ذرات آستانه انباشتگی چک میشود. برای جهت دهی ذرات به صورت همسانگرد یا ناهمسانگرد از تابع جهت دهی مخصوص خود استفاده می شود. با در دست داشتن الگوریتم ایجاد ذرات و الگوریتم انباشتگی تاثیر هندسه ذرات بیضیگون در سه حالت لوله ای شکل، کره و صفحه ای شکل، و ضخامت های مختلف لایه میانی یا فواصل جهش الکترون در آستانه انباشتگی بررسی شده است. همچنین تاثیر نحوه ترکیب و توزیع ذرات و جهت گیری آن ها بر روی آستانه انباشتگی بررسی شده است. با در دست داشتن آستانه انباشتگی و جهت گیری و مختصات ذرات می توان خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها از جمله مدول یانگ را محاسبه کرد. در این پایان نامه تاثیر انباشتگی بر روی مدول یانگ نانوکامپوزیت ها نیز بررسی شده است. در نهایت می توان چنین نتیجه گیری کرد که با افزایش ضخامت لایه میانی و متمایل شدن ذرات به حالت استوانه ای شکل، آستانه انباشتگی کاهش می یابد که باعث بهبود بسیاری از خواص نانو کامپوزیت ها میشود. در ترکیب ذرات با هندسه های مختلف هرچه تعداد ذرات استونه ای شکل بیشتر باشد آستانه انباشتگی کاهش خواهد یافت. در توزیع ناهمسانگرد ذرات آستانه انباشتگی افزایش می یابد. با افزایش تدریجی ذرات نانو در یک المان حجمی نمونه، مدول یانگ نیز به تدریج افزایش می یابد تا اینکه در آستانه انباشتگی یک جهش نسبی در افزایش مدول یانگ دیده می شود.
- Abstract
- Polymer nanocomposites (PNC) consist of a polymer or copolymer which are reinforced with different shapes (e.g., platelets, fibers, spheroids) of nanoparticles or nanofillers. Nanoscale inclusions dispersed in bulk polymer show significant improvement in mechanical, electrical, thermal, and other physical properties as compared to pure polymer. Reinforcement of polymers with proper nanoparticles enhances strength, stiffness, fracture toughness, increases thermal stability and heat distortion temperature, chemical resistance, and electrical conductivity while maintaining optical clarity. Therefore nanocomposites show a variety of notable properties that could be used in different fields, such as the aerospace, automotive, medical device industries and many others Percolation of inclusions depends on so many factors and conditions that we are about to analyze them. Thus 3D Monte Carlo simulation adapted for study of isotropic and anisotropic percolation threshold of ellipsoidal inclusions. With considering different tunneling distances and aspect ratios the percolation threshold analyzed for single type and mixing distribution of oblate and prolate ellipsoids. In anisotropic mode various orientation ranges adapted to evaluate its effect on percolation threshold, and obtain the range which percolation threshold volume fraction is minimum. With increaseing tunneling distance and aspect ratio percolation threshold volume fraction decreases. In isotropic cases the percolation threshold volume fraction is lower than anisotropic cases. Mixture of oblate and prolate ellipsoids result in lower percolation thresholds, however normal distribution of various aspect ratios result in higher percolation threshold volume fractions. Using some of the results of previous computional models as a input file for finite element simulations, the effect of percolation threshold on young’s modulus of polymer nanocomposites is evaluated. Increase of volume fraction of particles results in increase of young’s modulus. In percolation threshold volume fraction there is a comparative jump on young’s modulus.
