ساخت فوم نانو کامپوزیت پلی‌یورتان سخت با استفاده از نانو ذرات SiC و بررسی خواص مکانیکی و جذب انرژی آن تحت بار دینامیکی

نوع مقاله: مقاله مواد

نویسندگان

1 واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی

2 دانشگاه سمنان

چکیده

در این مقاله، خواص مکانیکی و جذب انرژی فوم‌ نانو کامپوزیت پلی‌یورتان با چگالی مشخص و تقویت‌شده با نانو ذرات کاربید سیلیسیم (SiC) تحت بارگذاری شبه استاتیکی و دینامیکی بررسی می‌شوند. به منظور ساخت نمونه‌های آزمایش، ابتدا نانو ذرات کاربید سیلیسیم در مایع پلی‌آل ترکیب شده و سپس با اضافه کردن مایع متیلن دی ایزوسیانات، فوم نانو کامپوزیت پلی‌یورتان بدست می‌آید. برای بررسی خواص مکانیکی نمونه‌های آزمایش، آزمون‌های کشش، فشار و تست دینامیکی انجام شده است. علاوه براین، با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی تأثیر نانو ذرات در رفتار مورفولوژی سلولی فوم نانو کامپوزیت مشخص گردید. نتایج حاصل از آزمون‌های تجربی نشان دادند، که استحکام کششی، فشاری و جذب انرژی برای فوم نانو کامپوزیت تقویت شده با نانو ذرات کاربید سیلیسیم بیشتر از فوم پلی‌یورتان خالص می‌باشد. علاوه براین، با افزودن 1 درصد نانو ذره SiC به فوم پلی‌یورتان، مدول الاستیسیته و جذب انرژی به ترتیب به میزان 7% و 63% افزایش می‌یابد. همچنین توزیع اندازه سلول در فوم نانو کامپوزیت تقویت شده با ذرات SiC در مقایسه با فوم پلی‌یورتان خالص کوچکتر شده و منجر به افزایش چگالی سلول می‌شود. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می‌دهد که فوم نانو کامپوزیت پلی‌یورتان تقویت شده با نانو ذرات SiC می‌تواند به عنوان جاذب انرژی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Manufacturing and analysis of dynamic and mechanical properties of rigid nanocomposite polyurethane foam reinforced by nano particles of SiC

نویسندگان [English]

  • Mohammad Javad Rezvani 1
  • Ehsan Borhani 2
  • Ehsan allah shahi 1
چکیده [English]

In this article, mechanical properties and energy absorption of polyurethane nanocomposite foam reinforced by SiC nano particales under quasi-static and dynamic axial load was investigated. The specimens were prepared initially by mixing of Polyol and nano particales and then diisocyanate was added to the mixture to prepare the foam specimens. To evaluate the mechanical properties of the specimens, tensile, compression and dynamic tests were performed. Furthermore, scanning electron microscopy (SEM) was utilized to study the effect of nano particles on cellular morphology of the foams. The results of experiments show that the tensile strength, compressive strength and energy absorption of the polyurethane nanocomposite foam reinforced with SiC nanoparticles was more than pure polyurethane foam. With the addition of 1 wt% SiC nanoparticles to polyurethane foam, the Young’s modulus and the energy absorption increases 7% and 63%, respectively. Also, by adding SiC nano particles, the uniformity of cell size decreased and the number of cells increases. The results of this research show that the polyurethane nanocomposite foam reinforced with SiC nano particales can be used in various industries as an energy absorber.

کلیدواژه‌ها [English]

  • SiC nanoparticles
  • Polyurethane nanocomposite foam
  • Mechanical properties
  • energy absorption
[1] Masciangioli, T., Zhang, W.X. (2003). "Peer reviewed: environmental technologies at the nanoscale". Environmental science & technology, 37(5): pp. 102A-108A.

[2] Okamoto, M. (2003). "Polymer/layered silicate nanocomposites". iSmithers Rapra Publishing.

[3] Zakiyan S.E., Famili M.H.N., and Ako M., (2012). "Heterogeneous Nnucleation in Batch Foaming of Polystyrene Using Nanosilica as a Nucleating Agent".Iranian journal of polymer science & technology, (In Persian), 25, pp. 231-240.

[4] Mahfuz, H., Rangari, V.K., Islam, M.S., Jeelani, S. (2004). "Fabrication, synthesis and mechanicalcharacterization of nanoparticles infused polyurethane foams".Composites Part A, 35,pp. 453–460.

[5] Xu, Z., Tang, X., Gu, A., Fang, Z. (2007). "Novel preparation and mechanical properties ofrigid polyurethane foam/organoclay nanocomposites".Journal of Applied Polymer Science, 106, pp. 439–447.

[6] Hao, G. (2006) "Influences of manometer granule on mechanical properties of packaging materials rigid polyurethane foam". Packaging Engineering, 4, 018.

[7] Fan, X., Xiao-Qing, W. (2009). "Study on compress mechanical properties of reinforced polyurethane rigid foam". Fiber Reinforced Plastics, 3: 014.

[8]Wang, J., Si, G., Yi-Fei, W., Ping, W., Jian-hua, W., Yong-hua, L.(2004)."Preparation of nanosilicon dioxide reinforced rigid polyurethane foam". Journal of National University of Defense Technology, 26(4), pp. 86-89.

[9]Xie, H., Wang, Z. (2005). "In-site generating nano silicon dioxide and its effect as filler onproperties of polyurethane rigid foam".Plastics Science and Technology, 5, 007.

[10] Javni, I., Zhang, W., Karajkov, V., Petrovic, Z.S., Divjakovic, V. (2002)."Effect of nano- andmicro-silica fillers on polyurethane foam properties.Journal of cellular plastics, 38(3), pp. 229-239.

11] Saha, M.C., Kabir, M.E., and Jeelani., S. (2008) "Enhancement in thermal and mechanical properties of polyure-thane foam infused with nano-particles". Materials Science and Engineering A, 479: pp. 213–222.

[12] Mahfuz, H., Islam, MS., Rangers, VK. And Saha, MC. (2004) "Response of sandwich composites with nano-phased cores under flexural loading". Composites: Part B, 35: pp. 543-550.

[13] Kabir, M.E., Saha, M.C. and Jeelani, S. (2007) "Effect of ultrasound sonication in carbon nanofibers/ polyurethane foam composite". Materials Science and Engineering: A, 459: pp 111–116.

[14] Kuboki, T., (2013). "Mechanical properties and foaming behavior of injection molded cellulose fiber reinforced polypropylene composite foams". Journal of cellular plastics: doi: 10.1177/0021955X13504776