ساخت نانوکامپوزیت پایه پلیمری تقویت شده با نانوالیاف کربنی و بررسی خواص مکانیکی آن

نانو الیاف کربنی مانند سایر نانوساختارهای تک بعدی مانند نانوسیمها و نانولوله ها مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. از میان سایر روشهای تولید نانوالیاف امروزه الکتروریسی به عنوان روشی آسان، کارآمد، سریع و ارزان برای تولید انواع نانوالیاف پلیمری و سرامیکی معرفی شده است. در تحقیق حاضر نانوالیاف پلی اکریلونیتریل توسط الکتروریسی تهیه گردید و سپس توسط عملیات حرارتی به نانوالیاف کربنی تبدیل شد. تحولات ساختاری ایجاد شده در حین پیرولیز الیاف در دماهای مختلف، توسط طیف سنجی ft-ir بررسی گردیده و روند کلی واکنشهای انجام شده تشریح و بر اساس آن مکانیزم تشکیل نانوالیاف کربنی پیشنهاد شد. در این بررسی پارامتر eor (extent of reaction) به عنوان پارامتری ارزشمند جهت ارزیابی پیشرفت واکنشها در حین پایدار سازی الیاف محاسبه گردید که نشان داد افزایش دمای پایدارسازی سبب افزایش پیشرفت واکنش می شود. به منظور بررسی میزان گرافیتی شدن نانوالیاف در دماهای مختلف، میزان کاتالیست متفاوت و محیط عملیات حرارتی متفاوت از بررسی های طیف نگاری رامان استفاده گردید. با وجود این که ساختارهای تهیه شده به روش الکتروریسی عموما دارای باند g در cm-1 1590 هستند، اما در ساختار به دست آمده با استفاده از کاتالیست و یا توسط عملیات حرارتی در خلا، باند g در عدد موج متفاوتی شکل می کیرد که این موضوع خود بیانگر تفاوت در ساختار نانوالیاف کربنی تولید شده با استفاده از هر کدام از روش های فوق است. نتایج به دست آمده از آنالیز رامان با نتایج به دست آمده از پراش پرتو x مقایسه شد. در نهایت نانوالیاف تهیه شده به عنوان فاز استحکام بخش در تهیه ی الیاف کامپوزیتی pan تولید شده به روش الکتروریسی و مستحکم شده با نانو الیاف کربنی مورد استفاده قرار گرفت. در مرحله ی بعد به منظور بررسی خواص مکانیکی الیاف کامپوزیتی از آنالیز حرارتی مکانیکی دینامیک (dmta) استفاده شد. مشخص گردید که با افزایش درصد نانوالیاف کربنی در نانوکامپوزیت های به دست آمده از الکتروریسی، انتقال شیشه ای به دماهای بالاتر انتقال یافته و پایداری حرارتی الیاف کامپوزیتی افزایش می یابد. افزایش نانوالیاف کربنی به میزان wt%10 سبب افزایش مدول اتلاف به میزان 61/4 برابر نسبت به نمونه ی pan گردید. میزان افزایش مدول یانگ در نمونه ی الیاف کامپوزیتی حاوی wt%10 نانوالیاف کربنی به میزان 57/1 برابر نمونه ی pan می باشد. همچنین با افزایش درصد وزنی نانوالیاف کربنی در کامپوزیت، مدول یانگ افزایش یافته و از حدود gpa3/6 در الیاف pan به حدود gpa5/8 در الیاف کامپوزیتی با wt%10 نانوالیاف کربنی رسید. در پایان نیز مدول یانگ نانوالیاف کربنی تهیه شده در حدود gpa81±333 محاسبه شد.