عزت اله جودکی

بررسی اثر نانو ذره زیرکونیم اکسید عاملدار شده بر خواص مکانیکی و سینتیک تخریب چسب های پایه اپوکسی چسب‌های فیلمی اپوکسی نخستین‌بار در میانه قرن بیستم توسعه یافتند، زمانی که نیاز به مواد چسبنده‌ای با استحکام بالا و مقاومت حرارتی برای صنایع هوافضا و الکترونیک افزایش یافت. این چسب‌ها به‌واسطه خواص مکانیکی و پایداری حرارتی مناسب، به‌سرعت جایگاه ویژه‌ای در اتصالات ساختاری پیدا کردند. در این پژوهش، از نانوذرات اکسید زیرکونیم و نمونه اصلاح‌شده آن با عامل سیلانی APTES به‌منظور تقویت خواص مکانیکی و حرارتی چسب اپوکسی استفاده شد. فرمولاسیون‌ها شامل درصدهای وزنی 1، 3، 5 و 7 از نانوذرات بودند. آزمون‌های مکانیکی شامل کشش(Tensile)، برش همپوشانی(Lap shear) و پوستگی(T-peel) روی اتصالات آلومینیوم به آلومینیوم انجام شد. همچنین، به‌منظور بررسی پایداری حرارتی و سینتیک تخریب، از آزمون‌های گرماوزن‌سنجی (TGA)، مشتق آن (DTG) و مدل‌های سینتیکی اوزاوا، کیسینجر و فلاین-وال-اوزاوا استفاده گردید. ریزساختار شکست نمونه‌ها از حیث بررسی پراکنش نانو ذرات با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) مورد برسی قرار گرفت و نیز جهت بررسی پیوندهای شیمیایی بین نانوذرات و بستر اپوکسی از طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) استفاده شد. نتایج نشان داد که افزودن 3 درصد وزنی نانوذرات اکسید زیرکونیم اصلاح‌شده( نمونهApZr3)، موجب افزایش 223 درصدی استحکام کششی، 54.46 درصدی چقرمگی شکست و 98 درصدی استحکام برشی نسبت به اپوکسی خالص گردید. همچنین، استحکام پوستگی در نمونهApZr3 تا 41.7 درصد افزایش یافت. مکانیزم‌های اصلی بهبود خواص مکانیکی شامل حفره‌زایی، نوارهای برشی، انحراف و کندشدن ترک و جدایش موضعی پیوندهای نانوذرات بودند. نتایج حاصل از آزمون طیف سنجی مادون قرمز انتقال فوریه نشان دهنده تشکیل اتصالات عرضی و پیوندهای در ساختار چسب و عامل پخت میباشد. آزمون گرماوزن‌سنجی بر روی نمونه‌های دمبلی‌شکل در چهار نرخ گرمایش 5، 10، 15 و 20 درجه سلیسیوس بر دقیقه انجام شد. تحلیل داده‌های حاصل و مدل‌سازی انرژی فعال‌سازی با بهره‌گیری از روش‌های اوزاوا، کیسینجر و فلاین-وال-اوزاوا نشان داد نمونهApZr3 همچنین بالاترین دمای شروع تخریب (℃230) و بیشترین جرم باقیمانده(26.5درصد وزنی) را نسبت به سایر نمونه‌ها نشان داد. تحلیل سینتیکی تخریب حرارتی نمونهApZr3 در شرایط غیرهمدما با مدل‌های کیسینجر، اوزاوا و فلین وال اوزاوا انجام شد که به ترتیب انرژی‌های فعال‌سازی 433٫2، 427٫8 و 455 kJ/mol را نشان دادند. نتایج به‌دست‌آمده ضمن تأیید پایداری حرارتی مناسب نمونه اصلاح‌شده، بر دقت روش فلین وال اوزاوا در برآورد انرژی فعال‌سازی و ارزیابی رفتار تخریب حرارتی در سامانه‌های تقویت‌شده با نانوذرات صحه می‌گذارد. که نمونهApZr3 از بیشترین پایداری حرارتی در میان نمونه‌ها برخوردار است. این نتایج نشان می‌دهند که استفاده از نانوذرات اکسید زیرکونیم، به‌ویژه در حالت اصلاح‌شده، می‌تواند به‌صورت مؤثری خواص مکانیکی و حرارتی چسب‌های اپوکسی را بهبود بخشد. واژگان کلیدی: چسب فیلمی اپوکسی، نانوذرات اکسید زیرکونیم، خواص مکانیکی، پایداری حرارتی، سینتیک تخریب ------- چکیده بررسی اثر نانو ذره زیرکونیم اکسید عاملدار شده بر خواص مکانیکی و سینتیک تخریب چسب های پایه اپوکسی چسب‌های فیلمی اپوکسی به‌دلیل خواص مکانیکی و حرارتی مناسب، کاربرد گسترده‌ای در اتصالات ساختاری صنایع مختلف یافته‌اند. در این پژوهش، به‌منظور بهبود خواص مکانیکی و حرارتی چسب اپوکسی، از نانوذرات اکسید زیرکونیم و نوع عامل‌دار شده‌ی آن با سیلان APTES استفاده گردید. فرمولاسیون‌هایی با درصدهای وزنی 1، 3، 5 و 7 درصد نانوذره تهیه و آزمون‌های مکانیکی (کشش، برش همپوشانی و پوستگی) بر روی اتصالات آلومینیومی انجام شد. برای بررسی پایداری حرارتی و سینتیک تخریب، از آزمون گرماوزن‌سنجی (TGA) در نرخ‌های گرمایش مختلف و مدل‌های سینتیکی Kissinger، Ozawa و Flynn–Wall–Ozawa استفاده شد. همچنین، برای تحلیل ریزساختار شکست و بررسی پیوندهای شیمیایی، از میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM) و طیف‌سنجی مادون قرمز (FTIR) بهره گرفته شد. نتایج نشان دادند که نمونه حاوی 3 درصد وزنی نانوذرات اصلاح‌شده (ApZr3) بهبود چشم‌گیری در خواص مکانیکی نسبت به اپوکسی خالص داشته است؛ به‌طوری‌که استحکام کششی، برشی و پوستگی به‌ترتیب 223٪، 98٪ و 41.7٪ افزایش یافت. همچنین، این نمونه دارای بالاترین دمای شروع تخریب (230 درجه سانتی‌گراد) و بیشترین پسماند حرارتی (26.5٪ وزنی) بود. انرژی‌های فعال‌سازی محاسبه‌شده نیز تأییدکننده‌ی پایداری حرارتی بالای آن بودند. این نتایج بیانگر آن است که افزودن نانوذرات اکسید زیرکونیم، به‌ویژه در حالت عامل‌دار، موجب بهبود مؤثر عملکرد مکانیکی و حرارتی چسب‌های اپوکسی می‌شود و می‌تواند در توسعه چسب‌های ساختاری پیشرفته مؤثر باشد.