بررسی تجربی خواص مکانیکی تورمالین اصلاح شده برروی نانوکامپوزیت اپوکسی/سیلیکا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 استادیار، گروه زمین‌شناسی، دانشکده علوم‌پایه، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده
این مقاله به بررسی خواص مکانیکی تورمالین اصلاح شده بر روی نانوکامپوزیت اپوکسی/ سیلیکا می‌پردازد. هدف اصلی این تحقیق بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت اپوکسی/ سیلیکا با استفاده از تورمالین به عنوان فاز تقویت‌کننده است. در ابتدا ریخت شناسی و ریزساختار خواص تورمالین بدست آمده و نانوذرات سیلیکا تولید شده با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی(SEM) و طیف سنج پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) مورد ارزیابی قرار گرفتند. گونه های عاملی و پیوندهای شیمیایی تورمالین اصلاح شده توسط آنالیز طیفسنج مادون قرمز (FT-IR) آشکار سازی شد. میکروذرات تورمالین اصلاح شده به عنوان فاز تقویت‌کننده با در صدهای وزنی 10، 20 و 30 درصد وزنی همراه با نانوذرات سیلیکا بهینه شده که یک درصد وزنی بدست آمده، وارد ماتریس پلیمری اپوکسی شده‌اند. خصوصیات مختلف ذرات تورمالین مورد بررسی قرار گرفته‌اند و تأثیر آنها بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت مورد ارزیابی قرار گرفته است. آزمایش‌های کشش، خمش سه نقطه‌ایی بر روی نمونه‌های تهیه شده انجام شده و نتایج به دست آمده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهند که افزودن نانوذرات تورمالین اصلاح شده به ماتریس اپوکسی باعث بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت می‌شود که با 20 درصد وزنی بالاترین خواص مکانیکی را دارا بود و سپس با افزایش درصدوزنی مواد بعلت کلوخه شدن خواص مکانیکی کاهش پیدا کردند. میزان افزایش استحکام کششی و خمشی در این شرایط به‌ترتیب 35/3% و 22/6% بدست آمده است. این تحقیق می‌تواند به توسعه مواد پیشرفته با خواص مکانیکی بهتر کمک کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Experimental investigation of mechanical properties of modified tourmaline on epoxy/silica nanocomposite

نویسندگان English

Hamid Mozafari 1
Hadi Yeganehfar 2
1 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Payame Noor University, Tehran, Iran
2 Department of Geology, Faculty of Science, Payame Noor University, Tehran, Iran
چکیده English

This paper investigates the mechanical properties of modified tourmaline on epoxy/silica nanocomposite. The main goal of this research is to improve the mechanical properties of epoxy/silica nanocomposite using tourmaline as a reinforcing phase. At first, the morphology and microstructure properties of tourmaline obtained and produced silica nanoparticles were evaluated using electron microscope (SEM) and X-ray energy diffraction (EDX) images. Functional species and chemical bonds of modified tourmaline were revealed by infrared spectrometer (FT-IR) analysis. Modified tourmaline microparticles as a reinforcing phase with 10, 20, and 30% by weight along with optimized silica nanoparticles, which is 1% by weight, have been introduced into the epoxy polymer matrix. Different characteristics of tourmaline particles have been investigated and their effect on the mechanical properties of nanocomposite has been evaluated. Tensile, three-point bending tests were performed on the prepared samples and the obtained results were analyzed. The results show that the addition of modified tourmaline nanoparticles to the epoxy matrix improves the mechanical properties of the nanocomposite, which had the highest mechanical properties with 20% by weight, and then with the increase in the weight percentage of the material, the mechanical properties decreased due to clumping. The increase in tensile and bending strength in these conditions is 35.3% and 22.6%, respectively. This research can help to develop advanced materials with better mechanical properties.

کلیدواژه‌ها English

Nano composite"
Silica nanoparticles"
Tourmaline"
Mechanical properties"
"
Epoxy"
[1] Mansouri E, Hooshangi H, Salehi M. Investigation of the effect of turbulent friction process parameters on the surface mechanical properties of AZ31B/CNT nanocomposite using Sobel sensitivity analysis. Mechanics of Advanced and Smart Materials Journal. 2022; 2(1):108–122.
[2] Heydari F, Khalaj R. Water softening by a Polymeric Membrane Containing GO and FeOOH Nanoparticles. Mechanics of Advanced and Smart Materials Journal. 2023;2(4):393–400.
[3] Gohari M, Tahmasebi M, Pak A, Farhadi A. Fabrication a Nano Magnetic Slime and Its Applications. Mechanics of Advanced and Smart Materials Journal. 2023; 3(3):398–412.
[4] Sharma R, Sharma DK, Agarwal R, Rinawa ML, Subbiah R, Kumar PM. Investigating the effect of nanoclay content on the mechanical characteristics of natural fiber epoxy composite. Materials Today: Proceedings. 2022; 66:1319-23.
[5] Kumar GB, Kumar PV, Kumar S, Datta VV, Sai RH. Epoxy matrix polymer composites with metal particle reinforcements. InAIP Conference Proceedings. AIP Publishing. 2021;1:2408.
[6] Ouchte I, Chafiq J, El Fqih MA, Chakir H. Effect of thermal treatment on mechanical properties and thermogravimetric analysis of laminate composite jute/epoxy. Materials Today: Proceedings.2022;66:135-9.
[7] Mahmud MA, Abir N, Anannya FR, Khan AN, Rahman AM, Jamine N. Coir fiber as thermal insulator and its performance as reinforcing material in biocomposite production. Heliyon. 2023;9(5):15597.
[8] Kim T, Kwon S, Kim H, Lim C, chung I, Lee W. Effect of the Surface Modification of Silica Nanoparticles on the Viscosity and Mechanical Properties of Silica/Epoxy Nanocomposites. Composites interfaces. 2022;29:1573-90.
[9] Gokuldass R, Ramesh R. Mechanical strength behavior of hybrid composites tailored by glass/Kevlar fibrereinforced in nano-silica and micro-rubber blended epoxy. Silicon 2019;11: 2731–39.
[10] Singh S, Kumar A, Jain A. Improving tensile and flexural properties of SiO2-epoxy polymer nanocomposite. Materialstoday. 2018;5:6339–44.
[11] Siraj S, Al-Marzouqi A, Iqbal M, Ahmed W. Impact of Micro Silica Filler Particle Size on Mechanical Properties of Polymeric Based Composite Material. Polymers. 2022;14:4830.
[12] Kbhardwaja S, Rao T. Investigation of tensile and flexural behavior of epoxy and SiO2 composite. An experimental studyMaterials Today: Proceedings. 2021; 45:2649–52.
[13] Wenli S, Zhidan Z, Xuanxue M, Guochen D, Xiaowei L. Tourmaline as an indicator for pegmatite evolution and exploration: A case study from the Chakabeishan deposit, northeastern Tibetan Plateau. Ore Geology Reviews.2024;165:105892.
[14] Yafeng L, Xuejiao T, Qing Z. A review: Application of tourmaline in environmental fields. Chemosphere.2021;281:130780.
[15] Naichuan Y, Junxue B, Hanfei C, Hao Y, Rongmei S.Electrocatalysis coupled heterogeneous electro-Fentonlike treatment of coal gasification wastewater using tourmaline as catalyst: process parameters and response surface. Environmental Science and Pollution Research. 2024;31:1–15.
[16] Tian Y, Jiawei W, Nengjie D, Xin G, Meicheng W. Tourmaline for heavy metals removal in wastewater treatment: A review. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2024;131:44–53.
[17] Liu J, Qin Y, Yuan S, Gao P, Nie Q. Investigation on the mechanism of water activated via tourmaline powder. Journal of Molecular Liquids. 2021; 332:115854.
[18] Mirsephond, F, Tahmasabi Z, Shahrokhi, S, Ahmadi A, Khalili, M. Geochemistry and determining the origin of tourmalines in Borujerd region. Crystallography and Mineralogy of Iran. 2011;20:281-92.
دوره 3، شماره 4
زمستان 1402
صفحه 560-575

  • تاریخ دریافت 12 بهمن 1402
  • تاریخ بازنگری 17 اسفند 1402
  • تاریخ پذیرش 28 اسفند 1402