نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• حسنا عزیزی ¹
• رضا اسلامی فارسانی ²
• محمدرضا واعظی ³
• علی شکوه فر ⁴

¹ دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

² استاد، دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

³ پژوهشگاه مواد و انری کرج

⁴ استاد/ دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

کامپوزیت های زمینه پلیمری به دلیل سبکی، و استحکام و سفتی ویژه بالا از پرکاربردترین انواع کامپوزیت ها هستند. کامپوزیت های تقویت شده با الیاف از مهمترین کامپوزیت ها هستند و الیاف بازالت یکی از انواع الیاف معدنی مهمی است که در زمینه پلیمری استفاده می شود. در این پژوهش، اثر افزودن ذرات سیلیکا فیوم (که تاکنون در کامپوزیت های پایه پلیمری تقویت شده با الیاف استفاده نشده است) بر خواص مکانیکی کامپوزیت‌های اپوکسی- الیاف بازالت تحت بارگذاری‌های خمش و کشش مورد مطالعه قرار گرفت. ذرات سیلیکا فیوم با سیلان اصلاح سطحی شده و سپس با درصدهای مختلف (2، 4 و 6 درصد وزنی) با استفاده از همزن مکانیکی و امواج التراسونیک داخل زمینه اپوکسی توزیع شدند. برای ساخت نمونه‌های کامپوزیتی از روش لایه‌گذاری دستی استفاده شد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که با افزودن ذرات سیلیکا فیوم، بیشترین میزان بهبود در خواص استحکام و مدول کششی، و همچنین استحکام و مدول خمشی مربوط به نمونه حاوی 4 wt.% سیلیکا فیوم به ترتیب برابر با 22، 34، 27 و 40 درصد بهبود نسبت به نمونه فاقد سیلیکا فیوم بوده است. از طرفی نتایج آزمون‌های مکانیکی و بررسی ریزساختاری پس از شکست نشان داد که بهبود فصل مشترک بین الیاف و زمینه در نتیجه توزیع مناسب این ذرات داخل زمینه تأثیر بسزایی در بهبود خواص مکانیکی دارد. همچنین توزیع نامطلوب این ذرات منجر به افت خواص مکانیکی در بارگذاری‌های مختلف می‌شود.

کلیدواژه‌ها

• کامپوزیت زمینه پلیمری
• الیاف بازالت
• سیلیکا فیوم
• اصلاح سطحی
• خواص مکانیکی

موضوعات

• کامپوزیت زمینه پلیمری

عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of modified silica fume on the mechanical behavior of basalt fibers-epoxy composites under bending and tensile loading

نویسندگان [English]

• Hosna Azizi ¹
• Reza Eslami-Farsani ²
• mohammad reza vaezi ³
• Ali Shokuhfar ⁴

¹ Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran

² Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology

³ Department of Material Engineering, Materials and Energy Resaerch Center, Karaj, Iran

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

چکیده [English]

Polymer matrix composites are one of the most widely used types of composites due to their lightness, and special strength and stiffness. Fibers-reinforced composites are the most important composites, and basalt fibers are one of the important types of mineral fibers that are used in the matrix of polymers. In this research, the effect of addition of silica fume particles (which has not been used in fibers reinforced polymer composites) on the mechanical properties of basalt fibers-epoxy composites under bending and tensile loadings was studied. The silica fume particles are surface modified with silane and then with different percentages (2, 4 and 6 wt.%) were distributed inside the epoxy matrix using a mechanical stirrer and ultrasonic waves. Hand lay-up method was used to make composite samples. The results of this research showed that with the addition of silica fume particles, the greatest improvement in the properties of the tensile strength and modulus, as well as the bending strength and modulus of the sample containing 4 wt.% silica fume is 22, 34, 27 and 40% respectively in compared to the sample without silica fume. On the other hand, the results of mechanical tests and microstructural examination after failure showed that the improvement of the interface between the fibers and the matrix as a result of the proper distribution of these particles inside the matrix has a significant effect on improving the mechanical properties. Also, the unfavorable distribution of these particles leads to the loss of mechanical properties under different loadings.

کلیدواژه‌ها [English]

• Polymer matrix Composites
• Basalt fibers
• Silica fume
• Surface modification
• Mechanical properties