مدلسازی برای پیش بینی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت بر پایه پلی آمید و پلی الفین الاستومر

در این پروژه مدول نانوکامپوزیتهای پلیمری بر پایه پلی آمید و پلی الفین الاستومر با فرض عدم تجمع ذرات تقویت کننده، مدلسازی شده است. درمدل ارائه شده ساختارهای هندسی متفاوت نانو تقویت کننده ( لایه ای ، کروی و استوانه ای) ، ناحیه سطح مشترک و جهت گیری تصادفی نانو تقویت کننده ها به عنوان عوامل موثر در خواص نهایی نانو کامپوزیت مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این مطالعه پیش بینی مدول نانوکامپوزیتها با فرض واقع شدن ذرات نانوتقویت کننده در یکی از فازهای پلیمری (بر مبنای ضریب خیس شوندگی) می باشد. بر این اساس مدل نهایی در سه مرحله مورد بررسی قرار گرفت مرحله اول با فرض عدم حضور ذرات نانو تقویت کننده در محیط تعریف شده که متعاقباً سیستم را به یک آلیاژ ساده دو جزئی پلیمری تبدیل می نماید. در این مرحله سیستم مخلوط پلیمری بر مبنای آستانه اتصال اجزاء، به دو بخش قطره- ماتریس وهم پیوسته تقسیم می گردد. پیش از رسیدن کسر حجمی فاز پراکنده به آستانه اتصال، سیستم فقط شامل مورفولوژی قطره ماتریس بوده که رفته رفته با بیشتر شدن کسر حجمی و بهم پیوستن قطرات فاز مذکور جزء پیوسته نیز در سیستم نمایان می شود. در نقطه وارونگی فازی جابه جایی فازهای بدلیل افزایش کسر حجمی فاز پراکنده اتفاق می افتد، و سیستم در این نقطه به صورت کاملاً پیوسته خواهد بود. پس از نقطه جابه جایی فازی، فاز پیوسته جای خود را به فاز پراکنده داده و بنابراین تمام تغییرات مورفولوژیکی توصیف شده، با فرض جابه جایی فازها دوباره اتفاق می افتد. مدل ارائه شده در این بخش با اعمال ضریب سازگار کنندهf(d) بر مقادیر پیش بینی شده مدول (توسط مدلهای مربوط به هر کدام از ازجزاء قطره- ماتریس و هم پیوسته) مدول نهایی مخلوط پلیمری محاسبه می شود. مرحله دوم، بر مبنای پیش بینی مدول نانو کامپوزیتهای پلیمری با فرض عدم تجمع این ذرات و همچنین تک جزئی بودن ماتریس پلیمری شکل گرفت. در این مرحله شکل هندسی نانو تقویت کننده ها ، جهت گیری تصادفی و همچنین حضور ناحیه بین سطحی ( میان ذرات نانو تقویت کننده و ماتریس پلیمری) به عنوان پارامترهای بسیار مهم تعریف و به صورت مقادیر محاسباتی وارد مدلسازی شدند. غالبا ً از معادلات و قوانین حاکم بر کامپوزیت های الیاف پیوسته به عنوان مبنای محاسباتی، برای توصیف چارچوب مدل مذکور استفاده شد. این مدل از سه قسمت تشکیل می شود، که هر کدام بر شکل هندسی خاصی از ذرات نانو تقویت کننده دلالت می کند ( صفحه ای، استوانه ای و کروی). اساس و روند محاسباتی هر سه مدل بر مبنای پیش فرض های یکسان بوده، با این تفاوت که افزایش پیچیدگی هندسی نانوتقویت کننده ها ، بالطبع پیچیدگی محاسباتی را نیز به دنبال دارد. مرحله سوم ، شامل ادغام مدل های تعیین شده مرحله اول و دوم می باشد. در این مرحله با توجه به فرض قرار گرفتن ذرات نانوتقویت کننده در یکی از فازها، می توان آن فاز را به عنوان یک نانوکامپوزیت ( با ماتریس تک جزئی در نظر گرفت) و در نهایت کل سیستم را به صورت یک مخلوط پلیمری فرض کرد. چسبندگی کامل فازها، استحکام بالای سطح مشترک ( بین نانوتقویت کننده ها و همچنین بین دو فاز پلیمری)، توزیع مناسب، امتزاج ناپذیری دو فاز پلیمری در یکدیگر و ... را می توان از فرض های حاکم بر این مدل نام برد. در هر کدام از مراحل آزمون های تنش- کرنش برای تعیین مدول به منظور بررسی دقت و کارایی مدل های انجام و همچنین از داده های گزارش شده در منابع علمی دیگر نیز برای افزایش سطح اطمینان از صحت فرضیات و کارایی مناسب مدل های استفاده شد.