بررسی تجربی و عددی تاثیر نانوکلی بر خواص خمشی نانو کامپوزیت پلیمری

پیشرفت نانوفناوری در زمینه های مهندسی و کاربردی شدن این علم نوظهور، نیاز روز افزون این علم به پیشرفت روشهای محاسباتی و مدلسازی به منظور پیش بینی رفتارهای آن را هر روز بیشتر می کند. محاسبه و پیش بینی مدول الاستیسیته نانوکامپوزیتها توسط روشهای متعددی انجام شده است اما تحقیقات زیادی روی رفتار خمشی مواد نانوکامپوزیت انجام نشده و حتی مدلسازی برای پیش بینی مدول خمشی در دسترس نیست، لذا این تحقیق به مدلسازی مدول خمشی نانوکامپوزیتها پرداخته است. در بخش تجربی این پژوهش برای ساخت نانوکامپوزیت از پلی آمید 6 به عنوان زمینه و سه نوع نانوکلی به عنوان تقویت کننده استفاده می شود. نانوکامپوزیتها به روش ترکیب در حالت مذاب و نسبتهای 1، 3، 5، 7 و 9 درصد وزنی نانوخاک رس تهیه و آزمایش تفرق اشعه ایکس انجام شد، سپس مواد درون قالب مخصوص تزریق و نمونه های مربوط تهیه و آزمایش کشش و خمش بر روی آنها انجام گرفت. در بخش دوم این پژوهش یک مدل نیمه تجربی برای پیش بینی مدول خمشی نانوکامپوزیت پلی آمید/نانوکلی ارائه شده است. در مدل ارائه شده برای نانوکامپوزیتهایی که با صفحات نانوکلی با ساختار بین لایه ای به وجود آمده اند، از آزمایش اشعه تفرق ایکس فاصله بین صفحات نانوکلی تعیین و اندازه بلوکها مشخص می گردد. سپس از روابط محاسباتی خواص مکانیکی هر یک از بلوکها محاسبه و در مرحله بعد یک المان نماینده حجمی انتخاب و بر اساس درصد نانوکلی هر نمونه تعداد بلوکها درون آنها پخش می گردد و توسط المان محدود به حل آن اقدام نموده و مدول الاستیسیته و مدول خمشی برای هر نمونه تعیین می شود. در بخش پایانی هم از قانون مخلوطها، روابط موری تاناکای و هالپین تسای اقدام به پیش بینی مدول الاستیسیته برای نمونه ها نموده و با نتایج تجربی و مدل ارائه شده مقایسه گردیده است. از نتایج این پژوهش می توان به تاثیر نانوخاک رس های متفاوت بر مدول خمشی اشاره نمود که هر سه نوع نانوخاک رس قدرت افزایش مدول خمشی و الاستیسیته از 60 تا100 درصد را دارند. همچنین نتایج به دست آمده نشان می دهد که مدل ارائه شده می تواند نسبت به مدلهای میکرومکانیک پیش بینی دقیقی را انجام دهد و در نمونه با 9درصد نانوکلی اختلاف با نتایج تجربی حدود 6 درصد است در حالیکه نتایج مدلهای میکرومکانیک در همین نمونه خطائی بالای 26 درصد نسبت به نتایج تجربی نشان می دهند.