اثرهای اصلاح سطحی گرافن بر رفتار مکانیکی کامپوزیت‌های اپوکسی-الیاف بازالت

کامپوزیت‌های ماتریس پلیمری کاربردهای سازه‌ای متنوعی دارند. برای افزایش خواص مکانیکی این کامپوزیت‌ها، الیاف و نانوذرات به‌عنوان تقویت‌کننده به ماتریس پلیمری افزوده شده و نانوکامپوزیت ماتریس پلیمری تولید می‌شود. در این پژوهش، اثر اصلاح سطحی نانوصفحه‌های گرافن بر رفتار کششی و ضربه‌ای کامپوزیت‌های اپوکسی-الیاف بازالت بررسی شده است. بدین منظور، نانوصفحه‌های گرافن با استفاده از عامل سیلانی تری‌آمینوپروپیل تری‌متوکسی‌سیلان اصلاح سطحی شدند. بررسی پراش انرژی پرتو X و آزمون نقشه عنصری، وجود عناصر سیلیسیم و نیتروژن (که از اجزای اصلی گروه‌های عاملی هستند) را روی سطح گرافن اصلاح‌شده مشخص کردند. نمونه‌های نانوکامپوزیتی‌ با درصدهای وزنی مختلف از گرافن اصلاح‌شده (0.2، 0.3، 0.4 و 0.5) به روش لایه‌گذاری دستی ساخته شدند. همچنین دو کامپوزیت دیگر، یکی بدون گرافن و دیگری با %0.4 وزنی گرافن اصلاح‌نشده برای مقایسه با نانوکامپوزیت‌های تقویت‌شده با گرافن اصلاح‌‌شده ساخته شدند. پس از پخت کامل، نمونه‌ها آماده شده و با آزمون‌های کشش و ضربه چارپی بررسی شدند. نتایج به ترتیب 21/2، 3/6، 35/1 و %74/6 افزایش استحکام کششی، مدول کشسانی، انرژی شکست و استحکام ضربه‌ای را برای نانوکامپوزیت دارای %0.4 وزنی گرافن اصلاح‌شده نسبت به کامپوزیت فاقد گرافن نشان دادند، در حالی که خواص مزبور برای نانوکامپوزیت دارای %0.4 وزنی گرافن اصلاح‌نشده در مقایسه با کامپوزیت‌ فاقد گرافن به ترتیب 52/1، 37/5، 57/9 و %25/5 کاهش یافتند. مطابق با تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی، افزایش خواص کششی، ناشی از چسبندگی بهتر اپوکسی و الیاف بازالت و نیز سازوکار‌های چقرمه‌سازی گرافن اصلاح‌شده در ماتریس است. اصلاح سطحی سبب برهم‌کنش بیشتر گرافن با ماتریس شده و نیز وجود گرافن سبب پدیده انحراف ترک می‌شود که یکی از سازوکار‌های اصلی چقرمه‌سازی گرافن است. کاهش خواص مکانیکی در نمونه‌های دارای %0.4 وزنی گرافن اصلاح‌نشده ناشی از پراکندگی نامناسب گرافن در ماتریس و برهم‌کنش ضعیف آن با ماتریس و الیاف است.