پایان نامه ارشد:تهیه نانو کامپوزیت‌های هیبریدی بر پایه رزین یورتان- اکریلات/الیاف طبیعی/نانو رس و بررسی خواص آن‌ها

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی علوم و تکنولوژی پلیمر

عنوان : تهیه نانو کامپوزیت‌های هیبریدی بر پایه رزین یورتان- اکریلات/الیاف طبیعی/نانو رس و بررسی خواص آن‌ها

پژوهشگاه پلیمرو پتروشیمی ایران

پژوهشکده فرآیند

پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی علوم و تکنولوژی پلیمر

 

تهیه نانو کامپوزیت‌های هیبریدی بر پایه رزین یورتان- اکریلات/الیاف طبیعی/نانو رس و بررسی خواص آن‌ها

 

اساتید راهنما:

دکتر مسعود اسفنده

 دکتر سید مجتبی میرعابدینی

استاد مشاور:

مهندس امیرمسعود رضادوست

زمستان 1389

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست

عنوان                                                     صفحهفصل اول : مقدمه. 11-1-کامپوزیت‌ها 11-2-نانو فناوری.. 21-3-نانو کامپوزیت‌ها 31-3-1-تاریخچه تهیه و استفاده از نانو کامپوزیت‌ها 31-3-2-معرفی نانو کامپوزیت‌ها 31-4-هدف... 4فصل دوم : مروری بر مطالعات انجام شده. 52-1-فاز پیوسته (زمینه/ماتریس). 52-1-1-رزین یورتان-اکریلات... 52-1-2-رزینهای پلی استر غیر اشباع.. 62-1-3-رزینهای وینیل استر. 72-2-الیاف... 82-2-1-ویژگی‌های الیاف طبیعی.. 92-2-2-روش‌های اصلاح الیاف طبیعی.. 102-3-نانو ذرات... 152-3-1-سیلیکات‌های لایه‌ای.. 152-3-2-ساختمان و خواص سیلیکات‌‌های لایه‌ای آلی دوست... 172-4-انواع نانو کامپوزیت‌‌های خاک رس... 182-4-1-میکرو کامپوزیت... 182-4-2-نانو کامپوزیت در هم رفته. 182-4-3-نانو کامپوزیت ورقه شده. 182-5-روش‏‌های تهیه نانوکامپوزیت‌‌های پلیمری.. 192-5-1-پلیمریزاسیون نفوذی درجا 192-5-2-درهم گرفتگی پلیمر یا پیش پلیمر از محلول ( محلولی). 202-5-3-اختلاط مذاب... 202-6-روش‏‌های شناسایی نانوکامپوزیت‌‌های لایه‌ای.. 202-6-1-پراش اشعه ایکس.... 202-6-2-میکروسکوپی الکترونی عبوری.. 212-6-3-سایر تکنیک‌های شناسایی.. 222-7-روش‌های شکل دهی کامپوزیت‌ها 222-7-1-قالب‌گیری رزین تحت خلاً.. 232-7-2-تجهیزات فرآیند قالب‌گیری رزین تحت خلاً  و راه اندازی.. 242-8-تحقیقات گزارش شده. 272-8-1-نانو کامپوزیت‌های حاوی نانو ذرات رس... 272-8-2-کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف طبیعی.. 302-8-3-نوآوری در پژوهش.... 35فصل سوم : بخش تجربی.. 363-1-مواد و تجهیزات... 363-1-1-مواد. 363-1-2-تجهیزات... 413-2-روش آزمون.. 423-2-1-پخش و باز نمودن  نانو ذرات در ماتریس رزینی.. 433-2-2-اصلاح سطح الیاف... 443-3-مشخصه یابی پخش نانو‌ذرات و آماده‌سازی سطح الیاف... 453-3-1-ویسکوزیته. 453-3-2-آزمون پراش اشعه ایکس.... 453-3-3-میکروسکوپ الکترونی روبشی / تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده. 453-3-4-میکروسکوپ الکترونی عبوری.. 453-3-5-آزمون‌های مشخصه یابی آماده سازی سطح الیاف... 453-4-تهیه و تولید کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌ها 463-4-1-تهیه قالب چوبی.. 463-4-2-تهیه قالب سیلیکونی.. 463-4-3-سیستم پخت رزین یورتان-اکریلات... 483-4-4-تهیه کامپوزیت‌های پر شده با نانو ذرات با استفاده از فرآیند ریخته‌گری.. 483-4-5-تولید کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف طبیعی توسط فرآیند قالب‌گیری رزین تحت خلاً.. 493-5-آزمون‌های تعیین خواص نمونه‌‌های کامپوزیتی.. 513-5-1-آزمون کشش.... 513-5-2-آزمون خمش.... 523-5-3-آزمون ضربه. 523-5-4-شکاف زن.. 523-5-5-سختی سنجی بارکول.. 523-5-6-سرعت سوختن.. 523-5-7-جذب آب... 52فصل چهارم : نتایج و بحث... 544-1-نانوکامپوزیت‌‌های بر پایه رزین یورتان-اکریلات و نانو ذرات خاک رس... 544-1-1-مشخصه یابی نانو کامپوزیت... 544-1-2-خواص مکانیکی و فیزیکی.. 604-2-کامپوزیت‌ها و نانوکامپوزیت‌‌های یورتان‌اکریلات تقویت شده با الیاف فلاکس قبل و بعد از اصلاح سیلانی الیاف... 744-2-1-مشخصه یابی کامپوزیت‌ها و نانو کامپوزیت‌ها 744-2-2-خواص فیزیکی و مکانیکی.. 78فصل پنجم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات... 885-1-نتیجه‌گیری.. 885-2-پیشنهادات جهت ادامه تحقیق.. 90فصل ششم : مراجع و منابع.. 926-1-منابع و مراجع. 92 فهرست شکل‌ها
شکل                                                                                                                                                                                                                صفحه
شکل 1-1 : رابطه تقریبی شعاع ذره با سطح آن3
شکل 2-1 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین یورتان-اکریلات6
شکل 2-2 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین پلی استر7
شکل 2-3 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین وینیل استر8
شکل 2-4 : شماتیک الیاف طبیعی8
شکل ‏12-5 : ساختار کریستالی سیلیکات‏‌های لایه‌ای16
شکل ‏12‑6 : شماتیک اصلاح خاک رس18
شکل2‑7 : ساختار نمادین سه نوع نانو کامپوزیت حاصل از اختلاط رس19
شکل 2-8 : نمودار‌های XRD یک نمونه فلوئوروهکتوریت در ماتریس HDPE21
شکل 2-9 : نحوه قرار گیری و ترتیب تجهیزات فرآیند قالب‌گیری رزین تحت خلاً24
شکل 2-10 : نحوه‌ی چیدمان اجزای فرآیند جهت پرهیز از ورود رزین به خلأ26
شکل 3-1: نحوه تهیه و ساختار شیمیایی رزین یورتان-آکریلات37
شکل 3-2: تصویر پراش اشعه ایکس نانو ذرات خاک رس39
شکل 3-3: الیاف کتان (فلاکس) با آرایش تک جهته39
شکل 3-4: ساختار شیمیایی تری اتو کسی وینیل سیلان40
شکل 3-5: شماتیک کلی کار انجام شده در پروژه42
شکل 3-6: شماتیک روند تهیه رزین حاوی نانو ذرات44
شکل 3-7: شماتیک اصلاح الیاف44
شکل 3-8: تصویر نهایی قالب سیلیکونی ساخته شده جهت تهیه نمونه‌های آزمون به روش ریخته‌گری47
شکل 3-9: تعدادی از نمونه‌های آزمون تهیه شده توسط فرآیند ریخته گری47
شکل3-10: نمودار دما-زمان مدت زمان ژل برای رزین یورتان-اکریلات48
شکل 3-11: شماتیک تهیه صفحات کامپوزیتی تقویت شده با الیاف توسط فرآیند قالب گیری رزین تحت خلاً49
شکل 3-12: صفحه‌ی تولید شده توسط فرآیند قالب‌گیری رزین تحت خلاً، قبل از برش51
شکل 3-13: قطعه برش خورده از صفحه تولید شده توسط فرآیند قالب‌گیری رزین تحت خلاً51
شکل 4-1 : منحنی تغییرات ویسکوزیته رزین با افزایش میزان نانو ذرات خاک رس55
شکل 4-2 : تصاویر پراش اشعه ایکس نانو کامپوزیت‌های حاوی 0، 5/0، 5/1، 3، 5، 7 و 10 درصد وزنی نانو ذرات خاک رس56
شکل 4-3 : ریز نگار میکروسکوپ الکترونی عبوری نمونه حاوی 3 درصد نانو خاک رس58
شکل4-4: ریز نگار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش آلومینیوم) نمونه RP+3N59
شکل 4-5: نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (مبنی بر وجود نانو ذرات) نمونه RP+3N59
شکل 4-6: ریز نگار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش آلومینیوم) نمونه RP+7N60
شکل 4-7: نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (مبنی بر وجود نانو ذرات) نمونه RP+7N60
شکل 4-8 : تغییرات استحکام و مدول کششی نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات از 0 تا 10 درصد وزنی61
شکل 4-9: دو نمونه با مدولی یکسان (الف) استحکام بیشتر (ب) استحکام کمتر63
شکل 4-10 : تغییرات ازدیاد طول رزین عاری از نانو ذرات قبل (الف) و بعد (ب)  از آزمون کشش. تغییرات ازدیاد طول ماتریس حاوی نانو ذرات قبل (ج) و بعد (د) از آزمون کشش64
شکل 4-11 : تغییرات ازدیاد طول نانو کامپوزیت‌های با درصد وزنی بالای نانو ذره و حاوی حباب‌های هوا  قبل (الف) و بعد (ب)  از آزمون کشش65
شکل 4-12 : تغییرات استحکام و مدول خمشی نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات از 0 تا 10درصد وزنی66
شکل 4-13 : تغییرات مقاومت در برابر ضربه نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات خاک رس از 0 تا 10 درصد وزنی68
شکل 4-14: تصویر شماتیک مکانیزم افزایش استحکام ضربه در نانو کامپوزیت‌های حاوی نانو ذرات68
شکل 4-15: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه RP69
شکل 4-16: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه RP+3N70
شکل 4-17: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه RP+7N70
نمودار 4-18 : تغییرات جذب آب نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات خاک رس از 0 تا 10 درصد وزنی71
نمودار 4-19 : تغییرات سختی بارکول نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات خاک رس از 0 تا 10 درصد وزنی72
شکل 4-20: شماتیک طول پیموده شده جهت سوختن نمونه‌‌های حاوی 0 تا 10 درصد وزنی نانو ذرات خاک رس73
شکل 4-21: (الف) تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه FRP (ب) تصویر تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش کربن) نمونه FRP (با بزرگنمایی 20 میکرومتر)75
شکل 4-22: نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده نمونه FRP مبنی بر عدم وجود عوامل سیلانی و نانو ذرات75
شکل 4-23 : (الف) تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه FRST (ب) تصویر تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش سیلان) نمونه FRST)(با بزرگنمایی 20 میکرومتر)76
شکل 4-24 : نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده نمونه FRST مبنی بر وجود عامل سیلان در الیاف76
شکل 4-25 : (الف) تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه FRSTN (ب) تصویر تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش سیلان) نمونه FRSTN (پ) تصویر تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش آلومینیوم) نمونه FRSTN (با بزرگنمایی 20‌میکرومتر)77
شکل 4-26 : نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده نمونه FRSTN مبنی بر وجود عامل سیلانی در الیاف و نانو ذرات در ماتریس رزینی77
شکل 4-27 : تغییرات استحکام و مدول کششی نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس78
شکل 4-28 : شماتیک فصل مشترک به وجود آمده پس از اعمال عامل اصلاح کننده سیلانی بین اجزاء کامپوزیت79
شکل 4-29 : تغییرات مقاومت در برابر ضربه کامپوزیت و نانوکامپوزیت‌‌های هیبریدی82
شکل 4-30: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRP در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)83
شکل 4-31: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRST در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)83
شکل 4-32: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRSTN در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)84
شکل 4-33  : تغییرات استحکام و مدول خمشی نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس85
شکل 4-34 : تغییرات جذب آب کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس86
فهرست جداول
جدول                                                                                                                                                                                                                صفحه
جدول 2-1 : خواص الیاف فلاکس در مقایسه با الیاف شیشه9
جدول 2-2 : تعدادی از سیلان‌ها و محدوده کاربرد آن‌ها13
جدول 2-3 : چند نمونه از ترکیبات سیلانی با گروه آلی متفاوت13
جدول 3-1 : خواص رزین مایع در دمای°C 2537
جدول 3-2 : ترکیب درصد سیستم پخت نسبت به ماتریس پلیمری38
جدول 3-3 : خواص نانو ذره مورد استفاده38
جدول 3-4: ترکیب درصد اجزای شیمیایی و خواص مشخصه الیاف کتان مصرفی39
جدول 3-5: مقایسه خواص الیاف فلاکس و الیاف شیشه40
جدول 3-6 : نام اختصاری فرمولاسیون‌های تهیه شده از مخلوط رزین و نانو ذرات خاک رس43
 جدول 3-7 : نام اختصاری فرمولاسیون‌های متفاوت از کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تهیه شده در فاز دوم50
 جدول 4-1 : تغییرات ازدیاد طول در نقطه شکست نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات از 0 تا 10 درصد وزنی63
 جدول 4-2 : تغییرات ازدیاد طول در نقطه شکست کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌ها هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس81
 

چکیده

به دلیل ویسکوزیته پایین و خواص ضد اشتعال و پخت نسبتاً آسان، رزین‌‌های یورتان-اکریلات مورد توجه می‌باشند. از طرفی الیاف طبیعی با منابع تجدید شونده، قیمت پایین، دانسیته کم و خواص ویژه بالا، از قابلیت ویژه‌ای برای استفاده در کامپوزیت‌ها برخوردار می‌باشد. اما جذب رطوبت نسبتاً زیاد و آتش گیر بودن آن‌ها، در مقایسه با الیاف کربن و شیشه، کاربری آن‌ها را محدود نموده است. تلفیق رزین یورتان-اکریلات با الیاف طبیعی می‌تواند خواص خوبی به لحاظ فیزیکی و مکانیکی ایجاد نماید. از طرفی حضور ذرات در ابعاد نانو می‌تواند بر خواص مکانیکی، حرارتی و جذب آب آن‌ها اثرات مطلوبی داشته باشد. در فاز اول این پروژه رزین یورتان-اکریلات (Modar) با نانو رس در درصد‌های وزنی مختلف با استفاده از هموژنایزر و حمام اولتراسونیک تلفیق شد. ساخت نمونه‌‌های مورد نیاز جهت انجام آزمون‌های فیزیکی و مکانیکی با استفاده از قالب سیلیکونی و به روش ریخته‌گری انجام شد. پخش نانو ذرات با استفاده از تکنیک‌های TEM، XRD و اندازه‌گیری ویسکوزیته بررسی شد. خواص مکانیکی شامل (کشش، خمش و ضربه) و خواص فیزیکی نانو کامپوزیت‌های حاصله شامل (سختی، سرعت سوختن و جذب آب)  مورد بررسی قرار گرفت.در فاز دوم تحقیق، الیاف طبیعی فلاکس توسط عامل اتصال دهنده سیلانی با نام تری اتو کسی وینیل سیلان آماده سازی شد. با این توصیف به جهت مشاهده اثر عامل اتصال دهنده سیلانی و همچنین پخش نانو ذرات خاک رس در کامپوزیت و نانوکامپوزیت‌‌های هیبریدی حاصله، این بخش از پروژه به سه قسمت تقسیم شد: در قسمت اول، کامپوزیت‌‌های بر پایه رزین یورتان-اکریلات تقویت شده با الیاف اصلاح نشده (FRP) تهیه شد تا با ورود عامل اتصال دهنده سیلانی در قسمت دوم، اثر بهبود فصل مشترک در خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف سیلانی اصلاح شده (FRST) مورد بررسی قرار گیرد. در قسمت سوم نیز به منظور تأثیر نانو ذرات خاک رس بر خواص فیزیکی و مکانیکی نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس اصلاح شده (FRSTN)، از نانو کامپوزیت حاوی 3درصد وزنی نانو کلی که در فاز اول به لحاظ تکنیک‌های شناسایی و خواص به عنوان بهینه‌ترین فرمولاسیون انتخاب شده بود به عنوان فاز ماتریس مورد استفاده قرار گرفت. کامپوزیت‌ها و نانو کامپوزیت‌‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف اصلاح شده و اصلاح نشده توسط فرآیند قالب‌گیری رزین تحت خلاً تهیه شد. بهبود فصل مشترک کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌های هیبریدی فوق به وسیله عامل اتصال دهنده سیلانی توسط تصاویر SEM دنبال شد. وجود نانو ذرات خاک رس و عامل اتصال دهنده سیلانی به ترتیب در ماتریس پلیمری و سطح الیاف طبیعی، توسط تکنیک‌ EDXA بررسی شد. در انتها خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تهیه شده در فاز دوم اندازه‌گیری شد و اثرات عامل اتصال دهنده سیلانی و نانو ذرات خاک رس در آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت.نتایج نشان داد که افزودن نانو ذرات خاک رس در بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت‌های تهیه شده در فاز اول موثر بوده که بهینه‌ترین خواص، در نانو کامپوزیت‌های حاوی 3 درصد وزنی نانو ذرات خاک رس مشاهده شده است. همچنین مشاهده شده که اصلاح الیاف کتان، توسط تری اتوکسی وینیل سیلان و پس از آن افزودن نانو ذرات به کامپوزیت‌های اصلاح شده، خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف در فاز دوم را بهبود داده است.

 فصل اول : مقدمه

در تهیه قطعات مهندسی، همواره وزن کم و در عین حال خواص مکانیکی بالا از ارجحیت برخوردار بوده است و به همین دلیل  هم از دیر باز کامپوزیت‌ها مورد توجه بوده‌اند و روز به روز تحقیقات در زمینه آن‌ها در حال گسترش می‌باشد. با توجه به اینکه در سال‌های اخیر فناوری نانو مورد توجه بسیار قرار گرفته است، نانو کامپوزیت‌ها نیز شاخه نسبتاً جدیدی از کامپوزیت‌ها را به خود اختصاص داده‌اند.تعداد صفحه : 119قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید