نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران استاد معین، مهندسی مکانیک، موسسه تکنولوژی دهلی، دهلی نو، هندوستان

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

4 دانشیار، مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

تشکیل میکروترک ها در کامپوزیت ها یکی از رایج ترین دلایل واماندگی آن ها می باشد. مهندسان از خودترمیمی که در سیستم های بیولوژیکی انجام می شود، الهام گرفته اند و از این موضوع برای ترمیم مواد مختلف از جمله کامپوزیت ها استفاده کرده اند. در این پژوهش با بهره گیری از روش های خودترمیمی، به ترمیم میکروترک ها و آسیب های ایجاد شده در یک کامپوزیت اپوکسی- الیاف شیشه پرداخته شده است. بدین منظور از یک سری میکرولوله های توخالی شیشه ای برای ایجاد مکانیزم ترمیم شوندگی استفاده شد. این میکرولوله ها با نوعی ماده ترمیمی که یک رزین دوجزئی می باشد، پر شدند. با ایجاد میکروترک ها یا خرابی های غیرقابل رؤیت و برخورد آن ها با دیواره میکرولوله ها، این لوله ها پاره شده و ماده ترمیمی درون آن ها در محل آسیب جریان پیدا می کند که با گذشت زمان باعث رفع آسیب می شود. هدف از پژوهش حاضر بررسی اثر سیکل های گرمایشی بر زمان ترمیم در این کامپوزیت هاست. بدین منظور سیکل های حرارتی متوالی (1، 3 و 5 سیکل) در محدوده دمایی 70-25 درجه سانتی گراد پس از ایجاد آسیب در نمونه، اعمال شدند. نتایج آزمون خمش بیانگر آن بود که بازده ترمیم 74 درصدی که با گذشت 7 روز بدست آمده، تقریباً با اعمال 5 سیکل گرمایشی در محدوده دمایی یاد شده با گذشت تنها 1 روز حاصل می شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental Study of the mechanical behavior of self-healing polymer composite under heating cycles

نویسندگان [English]

  • Seyed Mohammad Reza Khalili 1
  • Mohsen Zarei 2
  • Reza Eslami-Farsani 4

1 Faculty of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran

2 Faculty of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran

4 Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

Crack creation in composites is one of the most common failure reasons of those materials. Engineers were inspired by self-healing action in biological systems and used this innovation for the healing of different kinds of materials such as composites. In this study, using the self-healing approaches, micro-crack and damage healing of a epoxy-glass fibers composite were under consideration. So one series of hollow glass fibers were used to fabricate self-healing mechanism. These hollow fibers were filled by one self-healing agent which is one two-part epoxy resin. After the creation of undetectable micro-cracks and damages and also their encounter with hollow fibers’ walls, these hollow glass fibers will crack and the self-healing agent in them would flow into damage area that after some time it repairs the damage. The ain of the present study was to investigate the effect of heating cycles over time is restored in the composite. So consecutive temperature cycles (1, 3 and 5 cycle) in temperature were implemented in the range of 25-70 °C after damage creation in the sample. The results of bending tests show that a 74% healing efficiency can be gained after 7 days almost with 5 cycles of heat in mentioned temperature range only after one day.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Epoxy-glass fiber composite
  • Self-healing phenomenon
  • Heating cycle
  • Bending behavior

 

[1]   Samadzadeh, M. Boura, H. S. and Peikari, M., “A Review on Self-healing Coatings Based on Micro/nanocapsules,” Progress in Organic Coatings, Vol. 68, pp. 159-164, 2010.

[2]   Zeng, C. Seino, H. Ren, J. Hatanaka, K. and Yoshie, N., “Self-healing Biobaewd Furan Polymers Cross-linked Various Bis-maleimides,” Polymer, Vol. 54, pp. 5351-5357, 2013.

[3]   White, S. R. Sottos, N. R. Geubelle, P. H. Moore, J. S. Kessler, M. R. Sriram, S. R. Brown, E. N. and Viswanathan, S., “Autonomic Healing of Polymer Composite,” Nature, Vol. 409, pp. 794-797, 2001.

[4]  Chen, X. Dam, M. A. Ono, K. Mal, A. Shen, H. Nuut, S. R. Sheren, k. and Wudl, F., “A Thermally Re-mendable Cross-linked Polymeric Material,” Science, Vol. 295, pp. 1698-1702, 2002.

[5]   Blaiszik, B. J. Kramer, S. B. Olugebefola, S. C. Moore, J. S. and White, S. R., “Self-healing Polymers and Composites,” Annua Review of Materials Research, Vol. 40, pp. 179-212, 2010.

[6]  Caruso, M. M. Delafuente, A. D. Ho, V. Sottos, N. R. Moore, J. S. and white, R. S., “Solvent-Promoted Self-healing Epoxy Materials,” Macromolecules, Vol. 40, pp. 8830-8832, 2007.

[7]   Kessler, M. R. Sottos, N. R. and White, S. R., “Self-healing Structural Composite Material,” composites Part A, Vol. 34, pp. 743-753, 2003.

[8]   Kamphaus, J. M. Rule, J. D. Moore, J. S. and Sottos, N. R., “A New Self-healing Epoxy with Tungsten (VI) Chloride Catalyst,” J. R. Soc. Interface, Vol. 5, pp. 95-103, 2008.

[9]   Rule, J. D. Sottos, N. R. and White, S. R., “Effect of Microcapsule Size on the Performance of Self-healhng Polymers,” Polymer, Vol. 48, pp. 3520-3529, 2007.

[10] Dry, C., “Procedures Developed for Self-healing of Polymeric Matrix Composite Material,” Composite Structure, Vol. 35, pp. 263-269, 1996.

[11] Motuku, M. Vaidya, U. K. and Janowski, G. M., “Parametric Studies on Self-repairing Approaches for Resin Infused Composites Subjected to low Velocity Impact,” Smart Mater Stract, Vol. 8, pp. 623-638, 1999.

[12] Bleay, S. M. Loader, C. B. Hawyes, V. J. Humberstone, L. and Curtis, P. T., “A Smart Repair System for Polymer Composites,” Composites Part A, Vol. 32, pp. 1767-1776, 2001.

[13] Pang, J. W. and Bond, I. P., “Bleeding Composites_damage Detection and Self-healing Using a Biomimetic Approach,” Compos Part A, Vol. 36, pp. 183-188, 2005.

[14] Pang, J. W. and Bond, I. P., “A Hollow Fiber Reinforced Polymer Composite Encompassing Self-healing and Enhanced Damage Visibility,” Composites Science & Technology, Vol. 36, pp. 1791-1799, 2005.

[15] Trask, R. S. Williams, G. J. and Bond, I. p., “Bioinspired Self-healing of Advanced Composite Structures Using Hollow Glass Fibers,” Journal of the Royal Society, Vol. 4, pp. 363-371, 2007.

[16] Tang, W. C. Kiew, J. C. Siow, K. Y. Sim, Z. R. Poh, H. S. and Taufiq, M. D., “Self-healing of Epoxy Composite for Aircrafts Structural Applications,” Solid State Phenomena, Vol. 136, pp. 39-44, 2008.

[17] Zainuddin, S. Arefin, T. Fahim, A. Hosur, M. V. and Tyson, J. D., “Recovery and Improrement in Low-velocity Impact Properties of E-glass/Epoxy Composites Through Novel Self-healing Techniqus,” Composite Structures , Vol. 108, pp. 277-286, 2014.

[18] Therriaul, D. Scott, R. N. and Lewis, J. A., “Chaotic Mixing in Three Dimensional Microvascular Networks by Direct-Write Assemblly,” Nature Materials, Vol. 2, pp. 265-271, 2003.

[19] Thoohey, K. S. Sottos, N. R. Lewis, J. A. Moore, J. S. and White, S. R., “Self-healing Materials with Microvascular Networks,” Nature, Vol. 6, pp. 581-585, 2007.

[20] Drummond, J. L. and Bapn, M. S., “Static and Cyclic Loding of Fiber-reinforced Dental Resin,” Dental Materials, Vol. 19, pp. 226-231, 2003.

[21] Segerstrom, S. and Ruyter, I. E., “Effect of Thermal Cycling on Flexural Propeties of Carbon-graphite Fiber-einforced Polymers,” Dental Materials, Vol. 25,  pp. 845-851, 2008.

[22] Mercic, G. and Ruyter, I. E., “Effect of Thermal Cycling on Composites Reinforced Tow Differently Sized Silica-glass Fibers,” Dental Material, Vol. 23, pp. 1157-1163, 2006.

[23] Mercic, G. and Ruyter, J. W., “Influence of Thermal Cycling on Flexural Properties of Composite Reinforced with Unidirectional Silica-glass Fibers,” Dental Material, Vol. 24, pp. 1050-1057, 2007.

[24] Ghasemi, A. R. and Moradi, M., “Low Thermal Cycling on Mechanical Properties of Laminated Composite Materials,” Mechanics of Materials, Vol. 96, pp. 126-137, 2016.