سلوك الكلل للمواد المركبة البوليمرية المدعمة بحبيبات الكاربون الفعال.

رسالة ماجستير

اسم الباحث : قبس رزاق عبد علي

اسم المشرف : أ.م.د. صلاح نوري عبود + أ.م.د. مصطفى باقر هنين

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : الهندسة الميكانيكية الهندسة الميكانيكية - ميكانيك تطبيقي

سنة نشر البحث : 2021

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

استخدام المدعمات مع المواد البوليمرية كالكاربون الفعال (AC) كبديل للمواد الصناعية هو موضوع مهم هذه الأيام هذه المدعمات ذات القاعدة النباتية هي متحللة⸲ صديقة للبيئة ، وفيرة ورخيصة ، بينما المواد الصناعية مكلفة ولها تأثير سلبي على البيئة.في هذا العمل تم دراسة تأثير إضافة باودر الكاربون الفعال الى راتنج الايبوكسي وبحث تجريبيا ونظريا. المواد المركبة الحبيبية صنعت بتقنية التفريغ لعدة نسب وزنية من باودر الكاربون الفعال (0،5،10،15،20،25،30،35،40%) لإيجاد أفضل نسبة إضافة التي تعطي أفضل الخواص الميكانيكية وخواص الكلال. حجم الحبيبات تم قياسه خلال هذا العمل بجهاز محلل الحجم الليزري وهو 14,74 مايكرومتر.
التماسك بين مادة الايبوكسي وباودر الكاربون الفعال فحص باستخدام مطياف فورييه للتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR)، علاوة على ذلك تم قياس درجة حرارة التزجج للايبوكسي النقي والمواد المركبة بجهاز فرق المسح الكالوري (DSC).
سلوك مقاومة الشد والكلال تمت دراسته تجريبيا ونظريا، سلوك الكلل تم وصفه بمنحنى (S-N) باستخدام معادلة( Basquin’s Equation). العمل النظري تم باستخدام برنامج الانسسز. البنية الجزيئية للمواد المركبة والترابط بين المادة الأساس والحبيبات تم بواسطة فحص الكسر لعينات الشد والكلال باستخدام المجهر الالكتروني (SEM) لاظهار الكسر الناتج في هذه المركبات.
نتائج ال (FTIR) أظهرت انه لا يوجد قمم جديدة بعد تدعيم الايبوكسي بباودر ال (AC )والذي يثبت الترابط القوي بين الايبوكسي وباودر ال (AC ).
نتائج ال (DSC) أظهرت زيادة بدرجة حرارة التزجج بإضافة الباودر الى الايبوكسي
نتائج ال (FTIR) دعمت بواسطة نتائج المجهر الالكتروني الذي اظهر ترابط جيد وقوي التداخل قوية بين المادة الأساس والباودر.
مقاومة الشد ازدادت مع زيادة باودر الكاربون الفعال الى نسبة ال 15% لاعظم قيمة 26,34 ميكا باسكال ازدادت بمقدار 18,87% وبعدها تناقص الى 18,15ميكا باسكال عند نسبة 40%.
مقاومة الكلل العظمى ازدادت أيضا بزيادة حبيبات ال (AC) ليصل الى أعظم قيمة عند ال 15%.

Rp-Fatigue Behavior of Polymeric Composite Materials Reinforced by Activated Carbon Particles. pdf

Using natural reinforcement with polymer materials such as activated carbon (AC) as an alternative to synthetic reinforcement materials is an important topic nowadays. These plant-based reinforcements are degradable, eco-friendly, abundant and cheap, while synthetic reinforcement is expensive and negatively impacts the environments.
In this work, the effects of adding activated carbon (AC) powder with epoxy resin were investigated experimentally and numerically.
The particulate epoxy composites are manufactured using hand lay-up in vacuum technique with different weight fraction ratios of AC (0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 and 40) % wt. to find the best filling ratio which gives the highest mechanical and fatigue properties.
During this work, the particle size was measured by a laser particle size analyzer with an average size of about (14.74µm).
The interaction between epoxy material and AC powder was examined using Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy analysis. Moreover, the glass transition temperature (T_g) of the pure epoxy and composite material were measured by Differential Scanning Calorimeter (DSC).
The tensile strength and fatigue of the composite’s behavior were investigated experimentally and numerically; the fatigue behavior was described by S-N curves using the Basquin’s Equation.
The ANSYS workbench software program carried the numerical work.
The composites’ morphology and interaction between the matrix material and particles were investigated by conducting fracture surfaces of tensile and fatigue
specimens by(scanning electron microscope) (SEM) analysis to show the composites’ fracture.
The FTIR test results reveal no new peak after reinforcing epoxy with AC powder, proving a strong interaction between the epoxy resin and AC powder. The Differential Scanning Calorimeter DSC results show that the increase in AC powder fraction led to an increase in glass transition temperature (T_g) with percentage of increment 30.5% .
The FTIR analysis findings were supported by SEM analysis, which shows a good interaction and strong interfacial between matrix and powder.
The tensile strength values increased with increasing AC content up to 15 % wt. with a max value of 26.34 MPa increased by (18.87%), then it decreased to 18.15 MPa at 40 % wt. The ultimate fatigue strength was also increased with increased AC particles contents to reach the max value at 15% wt, increased by (18.18%).
3D finite element technique was used to model fatigue test numerically using ANSYS workbench program 16 to compare the S-N curves have the same behavior and the maximum percentage difference as does not exceed
(4.43 %). Also, this program was used to find available fatigue life, safety factor, and Von Mises stresses in specimens
Finally, the (SEM) was used for morphological inspection to investigate the tensile and fatigue failed specimens’ microstructure to show the fracture’s nature.