جلسه دفاع پایان¬نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک- گرایش ساخت و تولید
موضوع: بررسي خواص مكانيكي و ریزساختار نانوکامپوزیت پلياکسيمتيلن تقویتشده با نانوذرات اکسيد زیرکونيوم
استاد راهنما: دکتر مهدی کاروان
استادان داور: دکتر سید محسن صفوی - دکتر علیرضا فدایی تهرانی
چکيده
پلیاکسیمتیلن به دلیل استحکام، سختی، مقاومت سایشی و پایداری ابعادی مناسب، یکی از پلیمرهای مهندسی پرکاربرد بهویژه در ساخت چرخدندهها به شمار میرود. با وجود این، بهبود همزمان خواص مکانیکی آن، بهویژه بدون کاهش چقرمگی، همچنان از چالشهای مهم این پلیمر محسوب میشود. در این پژوهش، تأثیر افزودن مقادیر کم نانوذرات اکسید زیرکونیوم بر خواص مکانیکی و ریزساختار پلیاکسیمتیلن مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، نانوکامپوزیتهای POM/ZrO₂ با درصدهای وزنی 0 ، 25/0 ، 50/0 ، 75/0 ، 1 و 2 درصد به روش اختلاط مذاب در دستگاه کلندرینگ تهیه و سپس به وسیله پرس گرم به صفحات پلیمری تبدیل شدند. نمونههای آزمون مطابق استانداردهای مربوطه آماده شده و آزمونهای کشش، خمش سهنقطهای و ضربه آیزود بر روی آنها انجام شد. همچنین به منظور بررسی ویژگیهای ریزساختاری و ساختار بلوری نمونهها، از میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش پرتو ایکس استفاده شد. نتایج آزمون کشش نشان داد که نمونه حاوی 25/0 درصد وزنی نانوذرات، بیشترین استحکام کششی را با افزایش حدود 7 درصد نسبت به پلیمر خالص ارائه کرد و بیشترین مدول الاستیک نیز در همین نمونه به دست آمد. نتایج آزمون خمش نیز نشان داد که نمونه حاوی 50/0 درصد وزنی نانوذرات، بیشترین استحکام خمشی، مدول خمشی و ظرفیت تحمل بار را از خود نشان داد و به ترتیب حدود 13 و 9 درصد افزایش در استحکام و مدول خمشی و حدود 22 درصد افزایش در ظرفیت تحمل بار نسبت به نمونه خالص حاصل شد. در آزمون ضربه، بیشترین انرژی جذبشده مربوط به نمونه 25/0 درصد وزنی بود و با افزایش بیشتر مقدار نانوذرات، مقاومت ضربه کاهش یافت. بررسی رفتار شکست نمونهها نیز نشان داد که با افزایش مقدار نانوذرات، رفتار شکست به تدریج تردتر شده و احتمال شکست کامل نمونهها افزایش مییابد. مشاهدات حاصل از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی بیانگر آن بود که در درصدهای پایین نانوذرات، تفرق مناسبتر ذرات موجب ایجاد سطوح شکست ناهموارتر و مسیر گسترش ترک پیچیدهتر شده است، در حالی که افزایش درصد نانوذرات به تشکیل تجمعات موضعی و ایجاد نواحی تمرکز تنش منجر گردید. نتایج آزمون پراش پرتو ایکس نیز افزایش جزئی بلورینگی، افزایش اندازه بلورک و تغییرات محدود فاصله بین صفحات بلوری را نشان داد که میتواند بیانگر اثرگذاری نانوذرات بر فرآیند تبلور پلیمر باشد. در مجموع، استفاده از مقادیر کم نانوذرات اکسید زیرکونیوم میتواند خواص مکانیکی پلیاکسیمتیلن را بهبود دهد، اما افزایش بیش از مقدار مناسب به دلیل کاهش یکنواختی تفرق و افزایش نواحی تمرکز تنش، موجب افت عملکرد مکانیکی میشود. همچنین مشخص شد که درصد مناسب نانوذرات به نوع بارگذاری وابسته است؛ بهطوریکه نمونه حاوی 25/0 درصد وزنی بهترین عملکرد را در آزمونهای کشش و ضربه و نمونه 50/0 درصد وزنی بهترین عملکرد را در آزمون خمش از خود نشان داد. این یافتهها میتواند مبنایی برای انتخاب و بهینهسازی ترکیب POM/ZrO₂ در طراحی و ساخت قطعات مهندسی، بهویژه قطعاتی مانند چرخدندهها، با توجه به نیازهای مکانیکی متفاوت باشد.
