ENHANCEMENT OF MECHANICAL AND PHYSICAL PROPERTIES OF SILICATE BASED EPOXY NANOCOMPOSITES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Yasir__Ali_g201105690.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

فى هذه الرسالة تم تصنيع مركبات إيبوكسية ذات طابع نانوسيليكاتى تحتوى على كميات مختلفة من الحشوات النانوطينية ) 1,1.5,2,3و 5 فى المائة) بإستخدام تقنية الخلط بالقص العالى . أستخدمت أفضل ظروف المعالجة للراتنج الإيبوكسى فى هذه الرسالة. تمت دراسة تأثير زمن وحرارة التفريغ على درجة توزيع الحشوات النانوطينية فى الإيبوكسى النقى لإيجاد أفضل عوامل التفريغ . بنية المركبات التى تم إنتاجها فحصت بإستخدام الميكروسكوب الإلكترونى الماسح وأشعة إكس والماسح التفاضلى لقياس الكالورى ومقياس اللزوجة الحركى. لوحظ التحسن فى الخواص الميكانيكية بإستخدام إختبارى الإنحناء وكسر الصلابة. تم دراسة تأثير إضافة الحشوات النانوطينية على درجة إعاقة إمتصاص الماء عند درجات حرارة مختلفة . أيضا تم دراسة تأثير إمتصاص الماء على الخواص الميكانيكية. أظهرت النتائج أن أفضل درجة توزيع للحشوات النانوطينية كانت عند 120 درجة مئوية. أشعة إكس أظهرت أن درجة توزيع الحشوات النانوطينية كانت مختلطة بين تشتت عالى ومتوسط. أظهرت نتائج المسح التفاضلى لقياس الكالورى أن إضافة الحشوات النانوطينية للإيبوكسى النقى أدت لإنخفاض درجة حرارة التحول الزجاجى بمقدار 6 فى المائة مع إضافة 5 فى المائة من الحشوات النانوطينية. أظهرت نتائج إختبار الإنحناء أن إضافة 1.5 فى المائة من الحشوات النانوطينية حسنت إجهاد الإنحناء بمقدار 15 فى المائة أيضا نتيجة لصلابة الحشوات النانوطينية مقارنة بالراتنج الإيبوكسى لوحظت زيادة مستمرة لمعامل الإنحناء مع إضافة الحشوات النانوطينية. تحسنت إجهادات صلابة الكسر بمقدار 35 قى المائة مع إضافة 3 فى المائة من الحشوات النانوطينية و أظهرت النتائج أن إضافة الحشوات النانوطينية حسنت خصائص المركب الإيبوكسى فى حجز وإعاقة إمتصاص وإنتشار الماء عند درجة حرارة الغرفة و 80 درجة مئوية . نتائج الميكروسكوب الإلكترونى الماسح أظهرت أن التحسن فى كل من إجهاد الإنحناء وإجهاد كسر الصلابة كان نتيجة لخشونة وتموج سطح المركب الإيبوكسى ذى الطابع النانوسيليكاتى مقارنة مع الإيبوكسى النقى. إنخفضت درجة حرارة التحول الزجاجى للإيبوكسى النقى والمركب الإيبوكسى ذى الطابع النانوسيليكاتى نتيجة لتأثير جزيئات الماء التى أمتصت بواسطة الإيبوكسى. الخواص الميكانيكية للإيبوكسى النقى والمركب الإيبوكسى ذى الطابع النانوسيليكاتى تأثرت بإمتصاص الماء عند درجات حرارة مختلفة حيث إنخفض كل من إجهاد الإنحناء وإجهاد كسر الصلابة بعد إمتصاص الماء.

English Abstract

Epoxy-clay nanocomposites containing different clay loadings (1, 1.5, 2, 3 and 5wt %) were synthesized using high shear mixing technique. The optimized curing conditions for DGEBA epoxy cured with IPDA hardener were used. The effect of degassing time and temperature on nanoclay dispersion and distribution within epoxy matrix was investigated to find the optimum degassing parameters. The morphology of the resultant nanocomposites was characterized using DSC, SEM, XRD and the Dynamic Viscometer. The enhancement of mechanical properties was investigated by performing flexural and fracture toughness tests. The effect of nanoclay addition on water uptake at different immersion temperatures was studied. The variation of mechanical properties with nanocomposite moisture absorption was determined. The results showed that the optimum nanoclay dispersion was achieved for a degassing temperature of 120ºC. Analysis of the XRD showed that the morphology of the resultant nanocomposite was either disordered intercalation or exfoliation. The DSC results showed that the addition of I.30E clay led to slight decrease in glass transition temperature (Tg) with about 6% reduction for nanocomposite containing 5 wt% nanoclay. The flexural strength of the developed nanoclay/epoxy composite was found to increase by 15% for 1.5 wt% and due to the high stiffness of the clay, as compared with epoxy resin, flexural modulus improved continuously with clay loading. Fracture toughness improvement up to about 35% was observed for addition of 3wt% clay loading. The fractographic analysis showed that the improvements in flexural strength and fracture toughness are due to the rough corrugated surfaces of nanocomposites as compared with epoxy resin. The diffusion of water molecules and maximum moisture uptake at ambient temperature and at 80ºC of epoxy are reduced considerably by the presence of nanoclay particles. The glass transition temperature (Tg) for neat epoxy and nanocomposites, after water uptake, was decreased due to the plasticizing effect of water molecules which diffused into epoxy matrix. The mechanical properties of neat epoxy and nanocomposites were affected by water uptake at different immersion temperatures. Both flexural and fracture toughness properties were found to be lower after water absorption.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Merah, Nesar
Committee Members:	Abu-Dheir, Numan and Mohammed, Abdul Samad
Depositing User:	ALI YASIR ABDELHAFIZ (g201105690)
Date Deposited:	01 Jul 2014 10:15
Last Modified:	01 Nov 2019 15:42
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139295