DEVELOPMENT AND CHARACTERIZATION OF HYBRID GLASS FIBER REINFORCED UNSATURATED POLYESTER/CLAY NANOCOMPOSITE. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MS THESIS) Thesis_6.pdf - Accepted Version Download (7MB) | Preview

Arabic Abstract

في هذا العمل تم تطوير مركبات هجين من البوليستر غير المشبع مدعمة بالألياف الزجاجية بإستخدام عملية مثلى متمثلة في إستخدام تقنية الخلط ذو القص العالي، الصوتنة، ومن ثم الطريقة اليدوية لتدعيم المواد المستحدثة بالألياف الزجاجية. استخدمت في تصنيع المركبات حشوات نانوطينية ذات نسب وزنية مختلفة (من 0 الى 4%)، كذلك استخدمت أنواع مختلفة من المواد النانوطينية (C10A و C20A و I.30E). المواد المطورة ذات خصائص ميكانيكة وفيزيائية محسنة بالمقارنة مع مادة البوليستر الخام. استخدمت تقنية المسح التفاضلي لقياس الكالوري لإيجاد العوامل المثلى لمعالجة البوليستر، وأظهرت النتائج أن المعالجة عند درجة حرارة 120 مئوية لمدة 6 ساعات تمثل العوامل المثلى في معالجة البوليستر، حيث وجد عند هذه الظروف أن درجة حرارة التحول الزجاجي هي 177.8 درجة مئوية. أظهر تحليل حيود الأشعة السينية أن جميع المركبات النانوطينية تحتوي على البنية مقشورة بشكل معقول والتي من المعروف أنها تعزز الأداء العام للمركبات النانوطينية. وعلاوة على ذلك، المركبات المصنعة من النوع I.30E ظهرت بحالة تشتت أفضل مقارنة مع C10A و C20A. أظهر كل من اختباري الشد والثني أن المواد المصنعة من النانوطين I.30E ساهمت في إيجاد خصائص ميكانيكية أفضل بالمقارنة مع الأنواع الأخرى. أظهر اختبار الشد أن جميع المركبات النانوطينية إنهارت بطريقة هشة. إضافة المواد النانوطينية أدت إلى تحسن كبير في مقاومة الشد والثني مع زيادة أقصاها %76 و %56 على التوالي في حالة استخدام حشوة تحتوي على نسبة وزنية %3 من المواد النانوطينية. كما بينت نتائج إختبار الشد أن المواد النانوطينية ليست ذات تأثير كبير على مرونة المواد المصنعة. وكما هو متوقع، أدى تدعيم المواد المركبة بالألياف الزجاجية المقطعة من النوع E-CR إلى تحسن كبير في كل من مقاومة الشد ومقاومة الثني. مقاومة الشد في حالة المركب الهجين الذي يحتوي على حشوة نانوطينية ذات نسبة وزنية 3% تحسنت بنسبة 165% مقارنة مع البوليستر الخام، وتحسنت بنسبة 70% بالمقارنة مع المركب النانوطيني. في حين أظهر إختبار الثني تحسناً بنسبة 419% في مقاومة الثني مقارنة بالبوليستر الخام. بالإضافة إلى ذلك تحسنت مقاومة الثني بمقدار 232% مقارنةً مع المركبات التي تحتوي على نفس نسبة المواد النانوطينية. أجري إختبار إمتصاص الماء عند الظروف الجوية (درجة حرارة 25 مئوية وضغط جوي 1 جو). أظهرت النتائج أن إمتصاص الماء الأقصى وصل إلى 1.602% في حالة البوليستر الخام. وفي الوقت نفسه، وجد أن استخدام المواد الناونطينية أدى إلى تحسن خطي في مقاومة إمتصاص الماء، بحيث زاد التحسن بزيادة المواد النانوطينية. تم الوصول إلى أقصى قدر من التحسن بنسبة 39% عند استخدام حشوة تحتوي على 4% من المواد النانوطينية. أظهر إختبار الثني تدني في مقاومة الثني نسبة لإمتصاص الرطوبة، مع ذلك وجد أن التدني عند أدنى قيمه في حالة استخدام حشوات نانونطينية ( 3 %وزنا)، مما يعني أن الحشوات النانوطينية أدت الى تحسين مقاومة امتصاص الماء.

English Abstract

In this work, hybrid glass fiber reinforced unsaturated polyester/nanoclay (GFRuP/c) nanocomposites are developed using an optimized process which combines high shear mixing (HSM), ultrasonication and hand layup techniques. Different nanoclay loadings (0, 1, 2, 3 and 4wt%) and different nanoclay types (C10A, C20A and I.30E) are used to fabricate the unsaturated polyester/clay (uP/c) nanocomposites. The developed nanocomposites are found to have higher resistance to water uptake and better mechanical and physical properties than the neat uP. Differential scanning calorimetry (DSC) is used to estimate the glass transition temperature (T_g) and to optimize curing parameters. Post-curing at 120 ℃ for 6 hours, was found to yield the best T_g of about 178ºC. X-ray diffraction (XRD) analysis showed that, most developed nanocomposites had reasonably exfoliated/disorder-intercalated structures, which are known to enhance the overall performance of polymer nanocomposites. Moreover, nanocomposites prepared by I.30E nanoclay (nc) yielding better dispersion state among that prepared by C10A and C20A. Both tensile and flexural tests are revealing that I.30E nanoclay is contributing to better performance when compared to the other nanoclay types. Tensile test results are showing that, similar to the resin all nanocomposites failed in a brittle manner. Addition of 3wt% nc is resulting in significant improvement of tensile and flexural strengths, 76% and 56%, respectively. Nanoclay filling did not have an appreciable effect on the stiffness of the material. As expected, the reinforcement of the uP/c nanocomposite by E-CR chopped fiberglass is resulting in dramatic enhancement in both flexural and tensile strength. The tensile strength of hybrid GFRuP/c containing 3wt% of nc yielded a 165% improvement over that of neat uP and 70% improvement when compared to uP/c nanocomposite. The flexural test of GFRuP/c nanocomposite showed 419% enhancement in flexural strength over neat uP besides 232% improvement of strength over uP/c nanocomposite containing the same nc loading (3wt%). The water uptake test was performed at ambient conditions (25℃ and atmospheric pressure). The maximum water uptake is found to be about 1.6%, in case of neat uP. Meanwhile, addition of nc resulted in linear improvement of the water uptake resistance until reaching a maximum improvement of 39% in case of 4wt% of nc loading. Flexural test revealed degradation in the flexural strength due to moisture uptake. However, the reduction was found to be minimum at higher nc loading (3 and 4wt%), meaning that nc improved water uptake resistance.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Merah, Nesar
Committee Members:	Khan, Zafarullah and Matin, Asif
Depositing User:	OMER MOHAMED (g201402820)
Date Deposited:	15 Nov 2017 05:45
Last Modified:	30 Dec 2020 13:19
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140518