تهیه نانوکامپوزیت های هیبریدی بر پایه پلی استر/ الیاف شیشه/ نانوکلی و بررسی خواص مقاومت ضربه سرعت بالای آنها

استحکام ضربه ای در مواد از جمله شاخصه های مهم در طراحی یک محصول بشمار می آید. گسترش مواد کامپوزیت پلیمری در صنایع، ضرورت بررسی دقیق خواص این مواد را در شرایط مختلف بارگذاری از جمله سرعت بالا طلب می کند. با توجه به ظرفیت های بالای نانوکامپوزیت ها، هدف از این تحقیق بررسی رفتار نانوکامپوزیت های پلیمری حاوی تقویت کننده ثانویه نانوکلی در مقابل ضربه سرعت بالا با استفاده از یک پرتابه با دماغه نیم کروی می باشد. در این تحقیق از الیاف شیشه بافته شده در بستر رزین پلی استر غیر اشباع استفاده شد. همچنین به منظور مطالعه تاثیر نانوکلی در ساختار کامپوزیتی تحت ضربه سرعت بالا، مقادیر 5/1 و 3 درصد وزنی نانوکلی استفاده شد. نمونه های نانوکامپوزیتی در تعداد لایه های 4، 8 و 12 ساخته و تحت آزمون قرار گرفت. علاوه بر آزمون ضربه سرعت بالا به منظور بررسی برهمکنش ساختار و پرتابه در مراحل نفوذ، عبور و خروج و ارزیابی سهم نیروی سایشی، نمونه های نانوکامپوزیتی تحت آزمون شبه استاتیک با استفاده از شبه پرتابه نیم کروی در سه نرخ بارگذاری 5، 50 و mm/min 100 قرار گرفت. به منظور انجام آزمون های ضربه سرعت بالا از پیش رانه گازی در ظرفیت 20 الی 260 m/s استفاده شد. آزمون ها ضربه سرعت بالا در چهار سرعت مختلف صورت گرفت که شامل سرعت حد بالستیک و سه سرعت بالاتر به شکلی که ساختار دچار نفوذ و عبور کامل پرتابه گردد. نتایج بدست آمده از آزمون های ضربه سرعت بالا نشان از کارایی بالستیکی بالاتر نمونه های نانوکامپوزیتی پلی استر/ نانوکلی و نمونه های نانوکامپوزیت هیبریدی تقویت شده با الیاف شیشه در قالب حد بالستیک بالاتر دارد.استفاده از نانوکلی بطور کلی کارایی بالستیکی بهتری را برای این ساختارها بدنبال داشت. این نتایج ظرفیت حد بالستیک بالاتر را برای نمونه های نانوکامپوزیت حاوی 5/1 درصد وزنی نانوکلی را در مقایسه با نمونه های فاقد نانو و نمونه های حاوی 3 درصد وزنی نانوکلی نشان می دهد.نتایج بدست آمده در ساختارهای نانوکامپوزیت هیبریدی حاکی از تابع افزایشی حد بالستیکی ساختار با ضخامت ساختار دارد. جدایش بین لایه ای به همراه شکست کششی و برشی الیاف تقویت کننده و شکست ماتریس رزینی به ترتیب غالب ترین مکانیزم های جذب انرژی در ساختار های هیبریدی شناسایی شدند، در حالی که عمده مکانیزم های جذب انرژی در نمونه های نانوکامپوزیتی بدون الیاف شامل، شکست خمشی نمونه ها و جذب انرژی ناشی از جداشدن وحرکت تکه های جداشده از نمونه ها هستند. در آزمون های شبه استاتیکی نیز همانند آزمون های ضربه سرعت بالا، نمونه های حاوی 5/1 درصد وزنی نانوکلی کارایی بهتری را نشان می دهد. نتایج حاصل از مدل های تحلیلی حاکی از نزدیکی ظرفیت حد بالستیک پیش بینی شده توسط برخی از مدل هایی که هندسه دماغه پرتابه بعنوان محور بوده دارد. مدل هایی با محور کرنش شکست الیاف نتوانست پیش بینی خوبی از کارایی بالستیکی دهد. اصلاح سرعت نهایی متاثر از نیروی اصطکاک در آزمون شبه استاتیک با سرعت پسماند از آزمون ضربه سرعت بالا در یکی از مدل های نیمه تجربی پیش بینی بهتری را بدنبال داشت.