بررسی خواص مکانیکی چسب اپوکسی تقویتشده با نانوکلی
مقدمه
چسبهای اپوکسی بهطور گسترده در اتصال قطعات سازهای در صنایع هوافضا، حملونقل، کامپوزیت و تجهیزات صنعتی استفاده میشوند. مزایایی مانند نسبت استحکام به وزن بالا، توزیع یکنواخت تنش، آببندی مناسب و مقاومت در برابر خوردگی باعث شده است اتصالات چسبی جایگزین روشهای مکانیکی سنتی شوند.
با این حال، یکی از چالشهای اصلی چسبهای اپوکسی، شکنندگی ذاتی و محدودیت در تحمل بارهای ضربهای است. یکی از راهکارهای مؤثر برای بهبود این رفتار، تقویت رزین اپوکسی با نانوذرات از جمله نانوکلی است.
چرا نانوکلی به چسب اپوکسی اضافه میشود؟
نانوکلیها به دلیل:
- نسبت ابعادی بالا
- سطح ویژه زیاد
- برهمکنش مناسب با ماتریس پلیمری
میتوانند باعث:
- افزایش مدول و سختی اتصال
- بهبود انتقال تنش
- افزایش مقاومت مکانیکی اتصال
شوند؛ البته فقط در یک بازه درصد وزنی بهینه.
فرآیند آمادهسازی چسب اپوکسی نانوکلی
در این مطالعه:
- از رزین اپوکسی Araldite LY5052 استفاده شد
- نانوکلی در مقادیر 1، 3 و 5 درصد وزنی به رزین اضافه شد
- برای پراکندگی مناسب نانوکلی، از سونیکیشن اولتراسونیک استفاده گردید
- اتصالات تکلایه کامپوزیتی طبق استانداردهای صنعتی آماده شدند
📌 نکته صنعتی مهم:
پراکندگی یکنواخت نانوکلی، عامل کلیدی در بهبود خواص مکانیکی است؛ تجمع ذرات اثر معکوس دارد.
ارزیابی استحکام برشی اتصالات چسبی
آزمون استحکام برشی لایهای (LSS) روی اتصالات انجام شد.
نتایج کلیدی:
- اپوکسی خالص: 7.26 MPa
- اپوکسی + 1% نانوکلی: 7.77 MPa
- اپوکسی + 3% نانوکلی: 6.49 MPa
- اپوکسی + 5% نانوکلی: 5.92 MPa
📌 تفسیر صنعتی:
- افزودن 1 درصد وزنی نانوکلی باعث افزایش استحکام برشی شد
- درصدهای بالاتر، به دلیل افزایش شکنندگی و کاهش چسبندگی مؤثر، عملکرد ضعیفتری نشان دادند
سختی اتصال و رفتار شکست
- بیشترین سختی اتصال مربوط به اپوکسی حاوی 1% نانوکلی بود
- سختی اتصال در این حالت تا 28% بیشتر از اپوکسی خالص افزایش یافت
- افزایش درصد نانوکلی باعث کاهش کرنش شکست شد (رفتار شکنندهتر)
رفتار ضربهای و جذب انرژی
- بیشترین جذب انرژی ضربهای در اتصالات حاوی 3% نانوکلی مشاهده شد
- اثر نانوکلی در بارگذاری ضربهای خارج از صفحه محسوستر بود
📌 نتیجه عملی:
اگر مقاومت ضربهای مهمتر از استحکام برشی باشد، درصد بهینه نانوکلی میتواند متفاوت باشد.
جمعبندی صنعتی
- افزودن نانوکلی به چسب اپوکسی میتواند خواص مکانیکی اتصال را بهبود دهد
- بهینهترین مقدار نانوکلی ≈ 1% وزنی برای افزایش استحکام و سختی اتصال است
- مقادیر بالاتر نانوکلی، اگرچه جذب انرژی را افزایش میدهند، اما میتوانند شکنندگی اتصال را بیشتر کنند
- انتخاب درصد نانوکلی باید بر اساس نوع بارگذاری (کششی یا ضربهای) انجام شود
❓ FAQ
بهترین درصد نانوکلی در چسب اپوکسی چقدر است؟
در این مطالعه، 1 درصد وزنی نانوکلی بهترین تعادل بین استحکام، سختی و چسبندگی را نشان داد.
آیا نانوکلی باعث شکننده شدن چسب اپوکسی میشود؟
در درصدهای بالا (بیش از 1%)، بله. افزایش نانوکلی میتواند کرنش شکست را کاهش دهد.
چسب اپوکسی نانوکلی برای چه کاربردهایی مناسب است؟
برای اتصالات کامپوزیتی، سازههای سبک، قطعات در معرض بارهای مکانیکی و ضربهای کنترلشده.
آیا پراکندگی نانوکلی اهمیت دارد؟
بله. پراکندگی نامناسب میتواند خواص مکانیکی را کاهش دهد؛ سونیکیشن یکی از روشهای مؤثر است.