اثر افزودن نانوذرات کربنات کلسیم بر روی رفتار مکانیکی نانوکامپوزیت های پلی استال-کربنات کلسیم و دوام چرخدنده های نانوکامپوزیتی قالب گیری شده

در این تحقیق، خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های پلی استال- نانوکربنات کلسیم و همچنین تطابق خواص مکانیکی به دست آمده با نتایج دوام چرخدنده های قالب گیری شده از این نانوکامپوزیت ها مطالعه شد. نانوکامپوزیت های pom/caco3، با درصدهای وزنی 5/1، 3، 6، 9 از نانوکربنات کلسیم با استفاده از اکسترودر دو مارپیچ و دستگاه قالب گیری تزریق پلاستیک تهیه گردیدند. در این تحقیق پس از مطالعه ریز ساختار با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، خواص مکانیکی و بلورینگی نمونه ها مورد آزمایش قرار گرفت. در این تحقیق همچنین تطابق نتایج آزمون کششی با مدل های ریاضی موجود بررسی شد. علاوه بر این، شبیه سازی آزمون کشش به صورت المان واحد حجمی (rve) با استفاده از نرم افزار ansys نیز انجام شد. نتایج آزمایشات تجربی نشان داد که استحکام کشش به میزان 13 درصد، در حضور 5/1 درصد از نانوذرات، افزایش یافت. مدول کشسانی به میزان 40 درصد افزایش یافت. حداکثر استحکام خمشی با افزودن 3 درصد نانوذرات حاصل شد، که این مقدار 33 درصد بیشتر از مقدار آن برای پلی استال خالص بود. بیشترین مقاومت ضربه در حضور 3 درصد نانوذرات و به میزان 20 درصد بالاتر از پلی استال خالص به دست آمد. افزودن 9درصد نانوذرات کربنات کلسیم باعث کلوخه ای شدن نانوذرات و در نتیجه کاهش مقاومت ضربه ای گردید. تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان دهنده ی توزیع یکنواخت نانوذرات در درصدهایی تا 6 درصد نانوذرات بود. همچنین این تصاویر وجود کلوخه ها، در درصدهای بالا (9 درصد) را تایید کرد. نتایج شکل شناسی نشان دهنده ی وجود یک همبستگی با نتایج آزمون مکانیکی می باشد. نتایج آزمون گرماسنجی پویشی اختلافی نشانگر افزایش بلورینگی نانوکامپوزیت ها در حضور نانوذرات بود. همچنین این آزمون نشان داد که نانوذرات کربنات کلسیم خاصیت جوانه زنی داشته اند. مطالعه مدل های ریاضی برای خواص کشسانی نشان داد که مدل ریاضی جی(ji) بهترین پیش بینی را برای مدول کشسانی ارائه می دهد. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی، نشان دهنده ی مکانیزم حفره سازی و نیز ایجاد ترک های مویی در زمینه پلیمری محاطی نانوذرات می باشد. مقایسه ی نتایج مدل سازی عددی با تجربی در تعیین مدول و استحکام کشسانی نشان می دهد که در مدل سازی عددی ضروری است که چسبندگی بین فازی ذرات و زمینه پلیمری در نظر گرفته شود تا نتایج عددی با تجربی مطابقت داشته باشد. مقایسه ی نتایج آزمون های مکانیکی با آزمون دوام چرخدنده های قالب گیری شده ی نانوکامپوزیت های پلی استال- کربنات کلسیم، نشان دهنده ی یک تطابق بین خواص مکانیکی و عمر چرخدنده ها می باشد.