مقاله درمورد ریخت شناسی، محیط زیست

در تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی ماده مرکب حاصل ایفا می‌کند. سطوح پرکننده می‌توانند به شدت متغیر باشند و در نتیجه اثر متقابل با زمینه پلیمر را به شدت تغییر دهند. نواحی سطح مشترک و ناحیه حد واسط بر خواص نهایی ماده مرکب به‌شدت مؤثرند [۱۵-۱۹].
طبیعت قطبی الیاف گیاهی، موجب میشود تا این نوع الیاف با زمینههای پلیمری سازگاری چندانی نداشته باشند. با توجه به اینکه سازگاری الیاف و زمینه نقش کلیدی در تعیین خصوصیات مکانیکی کامپوزیت حاصل دارد، به منظور افزایش سازگاری بین الیاف و زمینه، سطح الیاف مورد اصلاحات شیمیایی و فیزیکی قرار میگیرد یا از سازگار کنندهها استفاده می شود.
الیاف با توجه به داشتن گروههای هیدروکسیل، آب دوست۷۲ بوده و دارای ساختار قطبی هستند و از طرف دیگر پلیمرها معمولاً آب گریز۷۳ و غیر قطبی هستند. در نتیجه پیوند میان آنها ضعیف است که این اشکال به کاهش خواص کامپوزیت می انجامد. برای رفع این اشکال از روش های مختلفی برای اصلاح نمودن آن استفاده می شود.
۲-۴-۲-۱- اصلاحات با روش‌های فیزیکی
در این روشها سطح الیاف مورد اصلاحات فیزیکی قرار میگیرد. تخلیه الکتریکی۷۴، پلاسما۷۵ و کورنا مهمترین روشهای اصلاح فیزیکی هستند. در این عملیات با تغییر دادن بر روی ساختار و خواص سطح الیاف موجبات بالا رفتن سازگاری میان پلیمر و الیاف فراهم می گردد[۱۶و۱۷].
۲-۴-۲-۲- اصلاحات با روشهای شیمیایی
در این مورد از روش‌هایی مانند قلیایی۷۶ کردن و استفاده از عاملهای جفت کننده۷۷ استفاده می‌شود. روش قلیایی که شیوهای موثر در اصلاح سطح الیاف است و هزینه پایینی دارد، به این صورت عمل می‌کند که پسماندهای لیگنین، همی سلولز و ناخالصیهای موجود را خارج کرده فیبرلاسیون الیاف را بالا می برد. همچنین این روش واکنش پذیری سلولز نسبت به مواد شیمیایی مختلف را افزایش داده و بوسیله محدود نمودن تورم نواحی کریستالی، امکان ترتیب مجدد ساختار سلولز را فراهم میسازد. بهعلاوه اینکه با کاهش زاویه خمیدگی میکروفیبریلهای سلولزی، استحکام الیاف را افزایش میدهد.
در بررسی انجام گرفته میتوان به این اشاره نمود که قلیایی نمودن بوسیله بالا بردن سطحی که برای بهینه سازی الیاف تقویت کننده رزین مورد نیاز است، نقش پررنگی در چسبندگی الیاف و ماتریس ایفا میکند که موجب تغییر در ریخت شناسی و افزایش گروههای هیدروکسیل می شود. این تغییرات بهبود کشش سطحی، رطوبت پذیری، تورم، چسبندگی و سازگاری با مواد پلیمری را سبب میشود. از طرف دیگر، افزایش غلظت سود به دلیل رشد ترکهای روی سطح الیاف، باعث کاهش استحکام الیاف می شود[۳و۷و۳۰].
اگر چسبندگی میان زمینه و مقاومساز ضعیف باشد، انتقال نیرو میان اجزای کامپوزیت به خوبی صورت نمیگیرد و در نتیجه آن، خواص مکانیکی کامپوزیت افت خواهد کرد. از این رو برای افزایش چسبندگی مقاومساز و زمینه، از ماده سومی به عنوان عامل سازگار کننده یا عامل جفت کننده استفاده میشود که با ایجاد یک زنجیر ارتباطی شیمیایی بین ماتریس و الیاف، باعث تأثیر در خواص مکانیکی کامپوزیت می شود. از مهمترین موادی که به عنوان عامل جفتکننده مورد استفاده قرار میگیرند، میتوان به سیلان۷۸، ایزوسیانات۷۹ و کوپلیمرهای گرافت شده۸۰ اشاره کرد [۳و۱۰].

فصل سوم

روش تحقیق

۳-۱- مقدمه
هدف کلی در این پروژه ساخت سازه‌های مرکب چندلایه و پارچه‌ای با کمک الیاف طبیعی و مصنوعی و بررسی رفتار مکانیکی آنها بوده است. در صنایع کامپوزیت، الیاف شیشه و الیاف پلی‌استر به علت دسترسی آسان و خصوصیات مناسب مکانیکی، از پرکابردترین انواع الیاف هستند. با این وجود، با هدف استفاده از مواد طبیعی و دوست دار محیط زیست در صنعت کامپوزیت، این الیاف با الیاف طبیعی مانند کنف ترکیب گردید که این الیاف به صورت تک جهته ،الیاف کوتاه، همه جهته و پارچه‌ای مورد استفاده قرار گرفته‌است.
۳-۲- ساخت و آماده‌سازی الیاف و نمونه‌های کامپوزیت
در این تحقیق، برای ساخت کامپوزیت مورد بررسی از چیدمان چندلایه الیاف تک جهته و همچنین بافت پارچه‌ای استفاده شد و نمونه‌ها به صورت ترکیبی از الیاف کنف-پلی استر و کنف-شیشه ساخته شدند.
برای بافت پارچه‌ای از تار کنف و پود الیاف دیگر، باید از دستگاه گلیم بافی سنتی با ماکو استفاده می‌شد که دستگاه مورد نظر در شکل (۳-۱) نشان داده شده است.

شکل (۳-۱) دستگاه گلیم بافی سنتی مورد استفاده جهت بافت پارچه
دستگاه مورد نظر با ابعاد نسبی ۱×۱×۱ متر ساخته شد و قابلیت تولید نمونه‌های بافته شده با عرض ۳۵ سانتی‌متر داشت. در شکل (۳-۲) یک نمونه پارچه در حال ساخت توسط این دستگاه مشاهده می‌شود.

شکل (۳-۲) یک نمونه پارچه ساخته شده با استفاده از دستگاه گلیم بافی سنتی
روش کار دستگاه بدین صورت بود که الیاف کنف در چله دستگاه به عنوان تار جاگذاری شده و سپس الیاف شیشه یا پلی‌استر به صورت پود که بر روی ماکو قرار دارد، در آن بافته می‌شود.
عبور الیاف پود به وسیله ماکو از بین تارها، بافت پارچه تار-پودی را در پی دارد. پارچه تار-پودی، لایه نازکی است که از لابه لای هم قرار گرفتن دو دسته نخ که با یکدیگر زاویه ۹۰ درجه می‌سازند، تشکیل شده است. تارها در جهت طول و پودها در جهت عرض پارچه قرار می‌گیرند. در این طرز قرارگیری، تارها و پودها به هم وابسته و درگیر می شوند. به الگوی زیر و رو شدن نخ‌ها طرح بافت۸۱ گفته می شو
د.
در این تحقیق، از طرح بافت ۱/۱ برای ساخت پارچه مقاوم‌ساز استفاده شد. به این صورت که هر نخ (تار یا پود) یک بار زیر و یک بار روی نخ مقابل قرار می‌گیرد (شکل (۳-۳)). در این حالت، نخ‌ها به بیشترین میزان ممکن، در هم درگیر می‌شوند و بر این اساس، جابجایی نخ‌ها در این بافت سخت است[۳و۷].

شکل (۳-۳) طرح بافت ۱/۱ در پارچه هیبریدی
رفتار پارچه با توجه به خصوصیات مواد اولیه، تراکم نخ های تار و پود و شرایطی که نخ‌ها در لابلای هم قرار گرفته‌اند، متفاوت خواهد بود. بی‌تردید، اگر نخ‌های تار قوی‌تر از نخ‌های پود باشد، پارچه در راستای تار قوی‌تر خواهد بود. حصیر (که تار آن از نخ پنبه و پود آن از نی است) مثال خوبی برای بیان این مطلب به نظر می‌رسد. حصیرها در جهت عرض بسیار محکم و پایدار هستند ولی در جهت طول بسیار انعطاف پذیرند.
در این تحقیق با توجه به اولویت استفاده از الیاف طبیعی، نخ کنف در چله یا تار قرار گرفته است و سایر الیاف به عنوان پود استفاده شده است.
سپس باید از خصوصیات فیزیکی این الیاف جهت بدست آوردن خصوصیات مکانیکی پارچه بهره برد. هدف از این کار این است که در نهایت بعد از معرفی نتایج، معلوم گردد که نتایج حاصل مربوط به چه درصد حجمی از الیاف است.
به همین منظور الیاف کنف، شیشه و پلی استر با طول۱۰ متر با قطر‌های مشخص انتخاب شده و از طریق ترازوی دیجیتالی با دقت ۰۰۰۰۱/۰ کیلوگرم وزن گردید. اطلاعات مربوط به اندازه‌گیری‌های جرم و چگالی این الیاف در جدول (۳-۱) قید شده است.
جدول (۳-۱) داده‌های حاصل از اندازه‌گیری جرم و چگالی الیاف مورد استفاده در ساخت پارچه هیبریدی
خصوصیت فیزیکی
پلی استر
شیشه
کنف
وزن ۱۰ متر (گرم)
۱۱/۱۰
۲۷/۲۸
۰۳/۹
چگالی (گرم بر سانتی‌متر مکعب)
۴۴/۱
۵۵/۲
۳/۱
برای محاسبه نسبت حجمی پارچه، از روش غوته‌وری در آب استفاده شده است. بدین صورت که میزان مشخصی پارچه با دقت و بدون وجود کمترین مقدار هوا، در آب غوته‌ور شده و سپس با اندازه گیری تغییر ارتفاع سطح آب و مساحت سطح بطری، حجم آب جابجا شده (که معرف حجم پارچه است) بدست می‌آید.
حجم پارچه نیز قبل از ساخت نمونه‌ها به روش هندسی و بر اساس ابعاد آن، اندازه‌گیری شد و به این ترتیب امکان محاسبه نسبت حجمی الیاف یا درصد حجمی الیاف فراهم گردید.
در جدول (۳-۲) نسبت حجمی الیاف در هر نمونه و همچنین کدگذاری نمونه‌ها ارائه شده است.
جدول (۳-۲) کدگذاری نمونه‌ها و داده‌های حاصل از محاسبه درصد حجمی الیاف در آن‌ها
جنس نمونه
پارچه‌ای کنف-پلی‌استر
پارچه‌ای کنف-شیشه
لایه‌ای کنف-شیشه
لایه‌ای کنف-پلی‌استر
کد نمونه
A
B
C
D
نسبت حجمی الیاف در نمونه
۳۰
۳۰
۲۵
۲۵

از رزین با مشخصات ارائه شده در جدول (۳-۳) و بر اساس استاندارد D4052 ASTM برای ساخت زمینه پلیمری نمونه‌های کامپوزیتی استفاده شد. برای تهیه نمونه کامپوزیتی با مقاوم‌ساز پارچه‌ای، پارچه بر روی شیشه واکس خورده قرار گرفته و صاف شد. سپس رزین و سخت‌کننده۸۲ (هاردنر) با یکدیگر مخلوط و تا دمای۸۰ درجه سانتی‌گراد حرارت داده شدند. رزین آماده شده با ابزار هواگیر و با دقت در یکنواخت بودن ضخامت، بر روی پارچه ریخته شده و سپس با کمک ابزار کاملا در تمام سطح و درون بافت پارچه نفوذ داده شد.
جدول (۳-۳) مشخصات رزین مورد استفاده در ساخت نمونه‌ها
شرکت سازنده
نام تجاری محصول
کد هاردنر
چگالی رزین (kg/litr)
چگالی هاردنر (kg/litr)
SHELL
Epikote 828
F 205
16/1
04/1

در مرحله بعد، پارچه دیگری بر روی پارچه قبلی قرار داده شده و عملیات آغشته‌سازی مجددا تکرار شده و به این ترتیب یک نمونه با مقاوم‌ساز پارچه‌ای دو لایه ساخته شد. لازم به ذکر است که به منظور تهیه نمونه‌هایی با کیفیت مناسب، در حین ساخت وزنه‌هایی بر روی قالب قرار داده شد. در نهایت پس از ۱۲ ساعت قالب باز شده و نمونه به صورت یک صفحه با ابعاد ۴۰×۵۰ سانتی‌متر بدست آمد. در شکل (۳-۴) نحوه آغشته‌سازی پارچه با رزین نشان داده شده است.

شکل (۳-۴) نحوه آغشته‌سازی پارچه با رزین برای تولید نمونه‌های کامپوزیت
۳-۳- آزمایش‌های تعیین خصوصیات مکانیکی
در این تحقیق آزمایش‌های بررسی خواص مکانیکی، بر اساس استانداردهایASTM D3039 برای آزمایش کشش و ASTM D790 برای آزمایش خمش انجام گرفت. بر این اساس ابعاد نمونه‌ها برای هر دو آزمایش باید به صورت طول ۲۵۰ میلی‌متر و عرض ۲۰ میلی‌متر باشد. بدین منظور، با استفاده از اره چوب‌بری فارسی‌بر، نمونه‌های کامپوزیتی در ابعاد مورد نظر برش داده شدند.نمونه ها برای رسیدن به ابعاد مورد نظر به وسیله دستگاه فارسی بر کشویی که در صنعت چوب بری کاربرد دارد برش خوردند. سپس نمونه های کششی و خمشی براساس نوع الیاف (پارچه‌ای یا لایه‌ای) و جنس آن‌ها (کنف-پلی‌استریا کنف-شیشه) و بر اساس جدول (۳-۲) کدگذاری شدند. لازم به ذکر است که از هر نوع کامپوزیت، سه نمونه برای آزمایش کشش و سه نمونه برای آزمایش خمش ساخته شد. در شکل (۳-۵) نحوه برش خوردن نمونه‌ها و در شکل (۳-۶) تعدای از نمونه‌های کدگذاری شده نشان داده شده‌اند.

شکل (۳-۵) نحوه برش خوردن نمونه‌ها بااستفاده از اره چوب بری فارسی‌بر

شکل (۳-۶) نمونه‌های ساخته شده و کدگذاری آن‌ها
جهت بدست آوردن خواص نمونه‌های پارچه‌ای و لایه‌ای همچون درصد حجمی الیاف، می‌توان علاوه بر روش ذکر شده، از روش Digest که عبارت است از قرار دادن و ذوب کردن نمونه‌هایی به ابعاد ۳×۲ سانتی‌متر در کوره‌ا
ی با دمای ۶۵۰ درجه سانتی‌گراد و به مدت ۲ ساعت، استفاده کرد. برای انجام آزمایش کشش به منظور تعیین خصوصیات کششی مخصوصا مدول الاستیک (یانگ) نمونه‌ها، باید نمونه‌ها را در یک فیکسچر طراحی شده به این نمونه‌ها قرار داده و بر روی دستگاه تست کشش سوار کرد. بدین منظور و بر اساس استاندارد ASTM D3039، در دو انتهای نمونه‌ها باید دو صفحه کوچک تعبیه شود تا از له شدن انتهای نمونه‌ها حین بسته شدن در فک‌های دستگاه، جلوگیری شود. این صفحات با ابعاد ۲۰×۲۰ میلی‌متر از جنس آلومینیم ساخته شده و در دو انتهای نمونه‌های تست کشش قرار داده شدند. نحوه قرارگیری صفحات آلومینیمی در دو انتهای نمونه‌ها در شکل (۳-۷) نشان داده شده است.

شکل (۳-۷) نحوه قرارگیری صفحات آلومینیمی در دو انتهای نمونه‌های بررسی خواص مکانیکی
برای انجام آزمایش‌های کشش و خمش از دستگاه اعمال نیرو با نام تجاریSANTAM STM150 و مشخصات قید شده در جدول (۳-۴) استفاده شد. این دستگاه برای فراهم آوردن امکان تست نمونه‌های کامپوزیتی، با یک فیکسچر تجهیز شد که بر اساس استانداردهای ذکر شده، باید با طول ۱۵ سانتی‌متر ساخته شده و بتواند تست خمش سه نقطه‌ای را اجرا کند. همچنین دستگاه تست باید قادر به اعمال بار به صورت کنترل شده بوده و بتواند بار اعمالی را با دقت ۱ درصد اعمال نماید. بدین منظور سرعت حرکت فک‌های دستگاه بر اساس استاندارد برابر با ۵/۳ میلی‌متر بر دقیقه تنظیم شد. نمای کلی دستگاه در شکل (۳-۸) نشان داده شده است.
جدول (۳-۴) مشخصات دستگاه اعمال نیرو مورد استفاده در آزمایش
Model
Capacity (kgf)
R.O (kgf)
S/NG
DBBP-2t
2000
3.0
33615

شکل (۳-۸) نمای کلی دستگاه اعمال بار برای انجام تست‌های کشش و خمش
بر اساس استاندارد ASTM D303تجهیزات مورد نیاز تست بایستی دارای مشخصات زیر باشند:
– دستگاه تست باید قادر به اعمال بار به صورت کنترل شده باشد و بتواند بار اعمالی را با دقت یک درصد نشان دهد.
– بلوک بارگذاری باید دارای یاتاقان خود تنظیم باشد تا همراستا بودن بارگذاری با طول نمونه تضمین شود.
– کرنش سنج که طول گیج آن بزرگ‌تر از دو سوم طول نمونه بدون در نظر گرفتن تکیه گاه‌ها نباشد (در صورت نیاز)
– میکرومتر یا هر وسیلۀ اندازه گیری دیگر
طبق این استاندارد برای نمونه‌های مورد نظر نیز باید مواردی رعایت شود. نمونه های تستی باید دارای سطح مقطع مستطیلی باشند و عرض نمونه‌ها نیز باید حداقل ۵۰ میلی‌متر یا ۲ اینچ و همچنین باید حداقل دو برابر ضخامت نمونه‌ها باشد. همچنین طول ناحیۀ مورد بررسی نباید بیش از هشت برابر ضخامت نمونه باشد. سطوح نمونه‌ها باید صاف و صیقلی بوده و انتهای آن‌ها باید موازی یکدیگر باشد و همچنین زاویۀ آنها با راستای طولی نمونه قائمه باشد. سطوح صاف در انتها برای جلوگیری از واماندگی‌های موضعی ضروری است. انتهای نمونه می‌تواند در رزین فرو برده شود و سپس ماشین‌کاری شود.
بار باید به صورت گسترده بر روی نمونه اعمال شود. زمانی می‌توان بار را متعادل بر روی نمونه فرض نمود که کرنش به دست آمده از هر دو کرنش سنج کمتر از ۵ درصد با هم اختلاف داشته باشد. بار باید با سرعت ثابت حرکت قسمت متحرک دستگاه تست اعمال شود و سرعت حرکت طوری باشد که بیشینه بار بعد از ۳ تا ۶ دقیقه حاصل شود. پیشنهاد می‌شود که سرعت حرکت در حدود ۵/۳ میلی‌متر بر دقیقه باشد.
فیکسچر مورد نیاز جهت انجام تست از قطعات زیر تشکیل شده است:
– دو قطعه نبشی که جهت اطمینان از تعامد سطوح ماشینکاری شده اند.
– یک قطعه ورق با ضخامت ۲۰

متن کامل در سایت homatez.com

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *