نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

4 دانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

5 شرکت مهندسی ماکرو، میسیساگا، آنتاریو، کانادا

چکیده

در تحقیق حاضر به بررسی استحکام کششی و سختی نانوکامپوزیت‌های پایه پلیمری حاوی نانولوله‌های کربنی چند دیواره پرداخته شده است. به این منظور، پلیمر پلی‌آمید 6 و نانولوله‌های کربنی چند دیواره در درصدهای وزنی مختلف به‌ روش ذوبی در دستگاه اکسترودر دو ماردونه با هم اختلاط پیدا کردند. به‌منظور بررسی تاثیر افزودن نانولوله‌های کربنی چند دیواره و شرایط فرآیندی تزریق بر استحکام کششی و سختی، نمونه‌ها در درصدهای وزنی مختلف نانولوله کربنی شامل 0، 5/0، 1 و 5/1 درصد و شرایط فرآیندی مختلف شامل فشار تزریق و دمای تزریق بر پایه‌ی طراحی آزمایش‌ها به روش تاگوچی، قالب‌گیری شدند. نمونه‌ها پس از قالب‌گیری تزریقی، تحت آزمایش کشش و سختی قرار گرفتند. مطابق نتایج به‌دست آمده از آنالیز سیگنال به نویز، درصد وزنی نانولوله‌های کربنی موثرترین پارامتر بر استحکام کششی و سختی نمونه‌های نانوکامپوزیتی می‌باشد. نتایج همچنین نشان داد که با افزودن 1% وزنی نانولوله کربنی، استحکام کششی نمونه‌ها تقریبا به میزان 31% و با افزودن 5/1% وزنی نانولوله کربنی، سختی به میزان 15% بهبود یافت. نتایج آنالیز واریانس داده‌ها نشان داد که درصد وزنی نانولوله کربنی با 68% و 76% تاثیرگذاری به ترتیب روی داده‌های استحکام کششی و سختی، موثرتر از شرایط فرآیندی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental investigation of mechanical properties of injected polymeric nanocomposites containing multi-walled carbon nanotubes according to design of experiments

نویسندگان [English]

  • Parastoo Esmaili 1
  • Taher Azdast 2
  • Ali Doniavi 3
  • Rezgar Hasanzadeh 4
  • Sajad Mamaghani 4
  • Richard Eungkee Lee 5

1 Department of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran

2 Department of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran

3 Department of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran

4 Department of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran

5 Macro Engineering and Technology Inc., Mississauga, Ontario, Canada

چکیده [English]

In present study, the tensile strength and hardness of polymeric nanocomposites containing multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) are investigated. For this purpose, polyamide-6 and MWCNTs in various weight percentages are melt compounded using a twin-screw extruder. To investigate the influence of MWCNTs and injection molding processing parameters on tensile strength and hardness, the samples in various MWCNT contents including 0, 0.5, 1 and 1.5 weight percentages and under different processing parameters including holding pressure and injection temperature, are injection molded according to Taguchi design of experiments. According to the results of signal to noise (S/N) ratio, the weight percentage of MWCNT is the most effective parameter on the tensile strength and hardness of samples. Also, the results indicate that by adding 1 wt% of MWCNT, the tensile strength of samples increased almost 31% and by addition of 1.5 wt% MWCNT, the hardness increased about 15%. Furthermore The results of analysis of variance (ANOVA) indicates that wt% of MWCNT with 68% and 76% contribution percentage on tensile strength and hardness of samples, are the  most effective processing parameters, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanocomposite
  • Polymer
  • Carbon Nanotube
  • Mechanical properties
  • Design of experiments

[1]    Thakur, V. K., “Eco-Friendly Polymer Nanocomposites: Processing and Properties”, Springer, Vol. 75, 2015.

[2]    Yamaguchi, M. Sasaki, S. Suzuki, S. and Nakayama, Y., “Injection-Molded Plastic Plate with Hydrophobic Surface by Nanoperiodic Structure Applied in Uniaxial Direction”, Journal of Adhesion Science and Technology,Vol. 29, No. 1, pp. 24-35, 2015.

[3]    Stan, F. Sandu, L.I. and Fetecau, C., “Effect of Processing Parameters and Strain Rate on Mechanical Properties of Carbon Nanotube–Filled Polypropylene Nanocomposites”, Composite Part B: Engineering, Vol. 59, pp. 109-122, 2014.

[4]    Othman, M. H. Hasan, S. and Muhamad, W. W., “Polypropylene-Clay Composite: The Effect of Clay Content and Optimization of Processing Condition towards Ultimate Tensile Strength by Using Taguchi Method”, International Journal of Mining, Metallurgy & Mechanical Engineering, Vol. 1, No. 4, pp. 275-279, 2013.

[5]    Guler, M. A. Gok, M. K. Figen, A. K. and Ozgumus, S., “Swelling, Mechanical and Mucoadhesion Properties of Mt/starch-g-PMAA Nanocomposite Hydrogels”, Applied Clay Science, Vol. 112, pp. 44-52, 2015.

[6]    Arash, B. Park, H. S. and Rabczuk, T., “Mechanical Properties of Carbon Nanotube Reinforced Polymer Nanocomposites: a Coarse-Grained Model”, Composite Part B: Engineering, Vol. 80, pp. 92-100,2015.

[7]    Iqbal, Q. Bernstein, P. Zhu, Y. Rahamim, J. Cebe, P. and Staii, C., “Quantitative Analysis of Mechanical and Electrostatic Properties of Poly (Lactic) Acid Fibers and Poly (Lactic) Acid—Carbon Nanotube Composites Using Atomic Force Microscopy”, Nanotechnology, Vol. 26, No. 10, pp. 105702, 2015.

[8]    MacLean, A. L. Rosen, Z. Byrne, H. M. and Harrington, H. A., “Parameter-Free Methods Distinguish Wnt Pathway Models and Guide Design of Experiments”, Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 112, No. 9, pp. 2652-2657, 2015.

[9]    Morgan, N. R. Untaroiu, A. Migliorini, P. J. and Wood, H. G., “Design of Experiments to Investigate Geometric Effects on Fluid Leakage Rate in a Balance Drum Seal”, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 137, No. 3, pp. 032501, 2015.

[10] Shishavan, S. M. Azdast, T. and Ahmadi, S. R., “Investigation of the Effect of Nanoclay and Processing Parameters on the Tensile Strength and Hardness of Injection Molded Acrylonitrile Butadiene Styrene–Organoclay Nanocomposites”, Materials & Design, Vol. 58, pp. 527-534, 2014.