528 -521ص ، ص97، زمستان 4شماره ،5جلد

:Please cite this article using برای ارجاع به این مقاله از عبارت زیر استفاده نمایید:

Faraji, M. Rezadoust, A.M. and Esfandeh, M., “Improvement of delamination resistance of glass-phenolic composites through matrix toughening mechanism using poly

(vinyl butyral)”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 5, No. 4, pp. 521-528, 2019.

نشریه علمی پژوهشی

کامپوزیـت علوم و فناوریhttp://jstc.iust.ac.ir

توسط زمینه سازیچقرمه روش به فنولی-شیشه هایکامپوزیت تورق مقاومت بهبود

بوتیرال وینیلپلی

3 ، مسعود اسفنده*2 ، امیر مسعود رضادوست1محیا فرجی

پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران، ، مهندسی پلیمردانشجوی کارشناسی ارشد -1

پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران، مهندسی پلیمراستادیار، -2

پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران، مهندسی پلیمراستاد، -3

a.rezadoust@ippi.ac.ir، 17911-13111 تهران، صندوق پستی *

اطلاعات مقاله 96/3/21تاریخ دریافت:

96/7/22تاریخ پذیرش :

:انواژگدکلی

فنولی-شیشه کامپوزیت

تورق

بوتیرال وینیل پلی

سازیچقرمه

خمشی استحکام

چکیده

اعمالی هایبار تحت تورق احتمال آنها در که باشندمی ایلایه ساختار با هاهاکامپوزیتآن جمله از که دارند مختلف انواع هاکامپوزیت

این در. است زیاد آن در تورق احتمال که باشدمی کاربرد پر هایکامپوزیت جمله از شیشه الیاف/ فنولیک رزین کامپوزیت. دارد وجود

11 ،1 ،3 ،1 مقادیر با (PVB) بوتیرال وینیل پلی گرمانرم پلیمری افزودنی کمک با تورق برابر در کامپوزیت این مقاومت افزایش پژوهش

پخت به رسیدن منظور به شده، اصلاح شده تهیه فنولی رزین و شیشه الیاف آغشته پیش ابتدا. است گرفته قرار بررسی مورد phr 21 و

با هاینمونه از فشاری گیریقالب فرآیند با سپس. شد گیریاندازه هاآن یابی جریان میزان و داده قرار معین زمان-دما شرایط در ، جزئی

مقادیر در PVB افزودن دادکه نشان اینقطه سه خمش آزمون نتایج. شد تهیه خمش آزمون هاینمونه ،11%یکسان یابیجریان مقدار

موجب phr 3 تا PVBافزودن . است افزودنی مقدار تابع آن میزان که شده تورق برابر در مقاومت و استحکام بهبود نسبی موجب مختلف

متوسط نیروی پیش برنده شکست نیز تنها در کامپوزیت موجب کاهش آن شده، phr 3 و بیشتر از 2/15%افزایش چقرمگی شکست تا

سطوح مورفولوژی بررسی. شد شناخته بهینه مقدار عنوان به PVB از phr 3 میزان راستا این درافزایش یافت. PVBاز phr 3 حاوی

.باشندمی phr 1 مقدار در حتی هاکامپوزیت این در ترک رشد از ممانعت بیانگر SEM از استفاده با شکست

Improvement of delamination resistance of glass-phenolic composites through

matrix toughening mechanism using poly (vinyl butyral)

Mahya Faraji, Amir Masoud Rezadoust*, Masoud Esfandeh

Composites Department, Iran Polymer & Petrochemical Institute, Tehran, Iran

* P.O.B. 14977-13115, Tehran, Iran, a.rezadoust@ippi.ac.ir

Keywords

Glass-phenolic Composites

Delamination

Polyvinyl Butyral

Toughening

Flexural Strength

Abstract

There are various types of composites among which these with layered structure are susceptible to delamination

under the applied loads. Phenolic resin/glass fiber composites, one of the most commonly used composites, are prone to delamination. In this research, the improvement of the delamination resistance of phenolic composites via

the addition of polyvinyl butyral (PVB), a thermoplastic additive at various contents (i.e. 1, 3, 5, 10 and 20 phr)

has been studied. For this purpose a phenolic/glass fiber prepreg modified with thermoplastic additive was prepared and brought to a partially cured (B-stage) by using a specified temperature-time condition. The flow

ability of the prepared prepregs was measured. Samples for the flexural test were then prepared by compression

molding of the prepregs having the flow abilities of 10%. Three-point bending test results showed that the addition of PVB relatively improves the strength and delamination resistance of the composites, the extent of which

depends on the additive content. The addition of PVB at 3 phr increased the fracture toughness up to 58.2%,

however beyond which it was reduced; hence 3phr was regarded as the optimum value. Inspection of the fracture surface morphology by SEM revealed the inhibition of crack propagation even at 1 phr of PVB.

مقدمه -1

در کاربرد، با متناسب تنظیم قابل خواص دلیل به لایه، چند هایکامپوزیت

مهم مشکلات از یکی دیگر، طرف از. اندیافته فراوانی گسترش پیشرفته صنایع

. است تورق وقوع و دیگریک از الیاف هایلایه جدایی ها،کامپوزیت نوع این

چند کامپوزیت یک در است ممکن که است شکست نوع ترینبحرانی تورق

دست از را خود مکانیکی خواص کامپوزیت آن از بعد و بیفتد اتفاق لایه

نیاز رو این از است، ترمحتمل فنولی هایکامپوزیت برای پدیده این. دهد می

حتی و ضربه فشار، خمش، اثر در است ممکن تورق. دارد بررسی به بیشتری

و همکاران محیا فرجی ... فنولی به روش چقرمه سازی زمینه توسط -ایهای شیشههبود مقاومت تورق کامپوزیتب

522

یور

فناو

م لو

عیه

شرن

وز

مپکا

تی

قیچی، شکل سه به و شود ایجاد قطعه کارگیریبه هنگام به دینامیک بارهای

(.1 شکل)[ 1]بیافتد اتفاق هااین تلفیق یا باز کننده لغزشی،

Type 1 Type 2 Type 3

Fig. 1 Modes of delamination fracture: Crack opening, Sliding shear

and Scissoring shear [1]

(ب ترک، شدن باز (الف تورق؛ صورتبه شکست محتمل هایالگوی انواع 1شکل

[1] قیچی برش (ج و لغزشی برش

به توانمی لایهچند هایکامپوزیت در تورق بروز جمله عوامل از

فصل در نیز و کننده تقویت فاقد و رزین از غنی نواحی شکنندگی رزین در

پدیدة ظهور و لایه میان تضعیف باعث که نمود اشاره رزین و الیاف مشترک

.]2[شود می تورق

نیرو تحمل در سازه توانایی شدید کاهش باعث باشد، هرچه تورق منشأ

گرفته بکار تورق به مقاومت بهبود برای مختلفی هایروش رو، این از. شودمی

،[7و 3] عمودی بافت از استفاده به توانمی هاروش این جمله از. است شده

چقرمه نیز و[ 5و 1] میکرو الیاف از استفاده[، 6و 1] نانوذرات از استفاده

.نمود اشاره[ 11و 9] پلیمر با زمینه سازی

اثر نانوسیلیکا را بر خواص خمشی کامپوزیت [11] میرزاپور و همکاران

مدول رزین فنولی مورد بررسی قرار دادند. نتایج آنها نشان داد -الیاف شیشه

71و %19نانوسیلیکا به ترتیب حدود 2های دارای %خمشی و استحکام نمونه

یابد.مینسبت به کامپوزیت خالص افزایش

استحکام کششی به منظور افزایش ن لاسیاز [12]رجب زاده و همکاران

فنولی استفاده کردند و مشاهده نمودند افزودن سیلان -کامپوزیت شیشه

هد.دافزایش می 71%تا 31%حدود استحکام کششی را

برای پلیمرها از استفاده بر زیادی تمرکز مذکور، هایروش میان از

. است ایلایه بین ترک رشد ساختن محدود و کامپوزیت زمینه سازیچقرمه

شده استفاده متنوعی گرمانرم پلیمرهای یا مایع هایلاستیک از منظور بدین

در کننده چقرمه ماده عنوان به گرمانرم پلیمر یک از[ 17] وو [.13و 2] است

ارزیابی مکانیکی -دینامیکی آزمون با را آن عملکرد و کرد استفاده اپوکسی

قطعه که شودمی ظاهر وقتی کنندگی چقرمه اثر که داد نشان او نتایج. نمود

[ 11] مائو و وو. باشد داشته قرار آن ایشیشه انتقال دمای از بالاتر دماهای در

کربن الیاف کامپوزیت در اپوکسی زمینه کردن چقرمه برای اترایمید پلی از

گرمانرم، پلیمر این افزودن اثر در داد نشان هاآن نتایج. کردند استفاده

برابر 1/7 دوم نوع شکست چقرمگی و برابر 21/3 اول مود شکست چقرمگی

سازی چقرمه برای کربنات پلی از [16] همکاران و راجولو. یابدمی افزایش

که نمودند مشاهده و کردند استفاده شیشه الیاف کامپوزیت در اپوکسی زمینه

شد مشاهده همچنین. یابدمی کاهش کامپوزیت ایلایهمیان برشی استحکام

استحکام الیاف، حجمی کسر افزایش کربنات،پلی از معین مقدار یک در که

حرارتی-مکانیکی خواص [11] همکاران و اسماعیل. کندمی زیاد را برشی

بررسی را (PVB) بوتیرال وینیل پلی با شده چقرمه فنولی-شیشه کامپوزیت

آیزود ضربة استحکام که بود این از حاکی ایشان مطالعات نتایج. کردند

از [15] همکاران و لیو. رسدمی حداکثر به PVB از phr 10 مقدار در هانمونه

اصلاح که (UHMWPE) بالا بسیار مولکولی جرم با اتیلن پلی ذرات میکرو

ایلایه میان برشی استحکام بهبود برای بود، شده انجام هاآن روی سطح

سطح اصلاح که گرفتند نتیجه و کردند استفاده فنولی-شیشه کامپوزیت

اوزدمیر. دهدمی بهبود %11 میزان به را هانمونه ایلایهمیان برشی مقاومت

و (NBR) بوتادین آکریلونیتریل لاستیک افزودن با[ 19] همکاران و

چقرمگی نانو، ابعاد در( CNBR) کربوکسیله انتهای با بوتادین آکریلونیتریل

%11 و 191 ترتیب به را اپوکسی-شیشه کامپوزیت 2 و 1 الگوی شکست

مشاهده شد [، 21]همچنین در تحقیقات بهشتی و همکاران . دادند افزایش

بهبود قابل توجهی ،NBR-که با افزایش میزان آکریلونیتریل در آمیزه فنولی

همکاران و شود. فتوحیدر خواص حرارتی و مکانیکی آلیاژ مربوطه حاصل می

میان در شده الکتروریسی لایة بصورت را فلوراید دی وینیلیدن پلی [21]

را 1 الگوی با شکست چقرمگی و دادند قرار اپوکسی-کربن کامپوزیت هایلایه

بلوکه سه کوپلیمر از استفاده با نیز[ 22] همکاران و کمر. دادند افزایش 95%

را 1 الگوی با شکست چقرمگی ،(SMB) متاکریلات متیل-بوتادین-استایرن

اتر اتر پلی از پلیمری لایة[ 23] همکاران و سوننفلد. دادند بهبود 291%

قرار کربن-اپوکسی کامپوزیت هایلایه بین را سولفاید فنیلن پلی و کتون

کاهش، برابر 1/2-3 شده، تورق دچار نواحی سطح که کردند مشاهده و دادند

.یابدمی افزایش قطعات ضربة مقاومت و

: خوردمی چشم به نکته دو حوزه، این در شده انجام مطالعات مجموع در

فنولی، هایکامپوزیت تورق به مقاومت بودن پایین رغمعلی اینکه، یکی

گرفته انجام هاآن شکست چقرمگی بهبود برای محدودی بسیار مطالعات

و کننده چقرمه ماده عنوان به PVB کاربرد از گزارشی آنکه دیگر. است

که الکل، حلال آنجا از. نشد مشاهده ایلایه بین برشی مقاومت ارزیابی

خواص به توجه با همچنین و باشد،می فنولی رزین و PVB مشترک

تورق به مقاومت بهبود تحقیق، این در داراست، ماده این که سازیچقرمه

کامپوزیتی توسط زمینه سازیچقرمه مکانیزم با فنولی-شیشه کامپوزیت

PVB، است گرفته قرار توجه مورد.

تجربی -2

مواد -2-1

بافت با پارچه بصورت E نوع شیشه کنندهتقویت از پژوهش این انجام برای

FiberSichuan شرکت از شده تهیه) 2g/m211 سطح واحد وزن و ساده

Glass Co فنولی رزین ،(چین (IL800 ایران رزیتان شرکت محصول )پلی و

( Mowital B 30 H کد با آلمان Kuraray شرکت( )PVB) بوتیرال وینیل

.است شده استفاده

آماده سازی نمونه -2-2

ها در این تحقیق از نسبت وزنی استفاده شده است و چون برای تهیه نمونه

استفاده از نوع محلول بوده مقدار درصد مواد جامد آن رزین رزول مورد

گیری درصد جامد ( در محاسبات در نظر گرفته شده است. برای اندازه51٪)

ظرف یک استاندارد این مطابق. عمل شد ASTM D-4639رزول مطابق

ریخته آن درون رزول از g 1 و تهیه mm 21عمق و 63 قطر با یآلومینیم

C o 111 دمای با داغ هوای گردش تحت آون درون ساعت 2 مدت به و شد

نسبت وزن رزین پس از دمادهی به وزن اولیه، درصد جامد رزین . گرفت قرار

.بود %51 دهد که مقدار آنرا نشان می

و همکاران محیا فرجی ... فنولی به روش چقرمه سازی زمینه توسط -ایهای شیشههبود مقاومت تورق کامپوزیتب

523

یور

فناو

م لو

عیه

شرن

وز

مپکا

تی

وزن 130mm×100mmدر ابتدا الیاف بریده شده در ابعاد قالب به اندازه

احتساب میزان مواد فرار( توزین گردید و سپس وزن معادل آن از رزین )با

11، 1، 3، 1حاوی مقادیر PVB-های توزین شده محلول اتانولشد. به رزین

rpm 1111اضافه شد. سپس توسط همزن مکانیکی با دور phr 21PVBو

های یکنواختی حاصل شود. بعد از آغشته سازی الیاف به همزده شد تا نمونه

ی قرار گرفت و درون آون در آلومینیم های ها بر روی ورقروش دستی، نمونه

دست آمده بود، قرار یابی بهو زمان مناسب که از آزمون جریان C o 91دمای

در مورد آن انجام شود. Bداده شد تا پخت جزئی یا همان پخت مرحله

، به معنی قرار گیری آمیزه در شرایطی است که یک Bتوضیح اینکه پخت

این شود. در یابی آن کنترل میافتد و جریانپخت جزئی در آن اتفاق می

، طوری انتخاب شد که Bانتخاب شد و زمان پخت C o 91آونتحقیق دمای

بودند. 11%دارای جریان یابی ثابت PVBهای حاوی مقادیر متفاوت از آمیزه

قرار Co 161 و دمای bar 100ها داخل قالب تحت فشار ونهسپس تمامی نم

-گرفت تا کاملا پخت شود. به منظور مقایسه، نمونه شاهد کامپوزیت شیشه

فنولی، بدون هر گونه افزودنی نیز مورد بررسی قرار گرفت.

ها آزمون -2-3

رزین، آزمون به آغشته هایپارچه از ،B یمرحله پخت شرایط تعیین برای

دو آزمون، این در. آمد عمل به ،ASTM 3531 استاندارد مشابه یابی جریان

تحت سپس و شد وزن B پخت مرحله از بعد mm 50 ×mm 50 ابعاد با لایه

پخت به تا گرفت قرار دقیقه 11 مدت به Co 160 دمای در bar 11 پرس

شد آن جدا از های خروجیرزین و خارج پرس از نمونه سپس. برسد کامل

عنوان به اولیه وزن به نسبت نمونه اولیه و ثانویه وزن اختلاف و( 2 شکل)

11% یابیجریان عملی، تجربیات به توجه با. شد گزارش یابیجریان میزان

نشوند جاجابه رزین، یافتگی جریان اثر بر الیاف تا شد تنظیم هالایه همه برای

بر علاوه باشد. دارا را قالب در یابیجریان قابلیت هنوز رزین حال عین در و

mm1 بالای هایضخامت در تورق پدیده خمش آزمون هایداده اساس بر این

11% یابیجریان در ضخامت این و افتدمی اتفاق کامپوزیتی هاینمونه از

هر برای B مرحله پخت زمان تحقیق، مدت این در آمد. بنابرایندست میبه

پخت از بعد هاآغشتهپیش تمامی از. گردید تعیین اساس همین بر آمیزه

تا شد گرفته یابیجریان آزمون پرس، تحت کامل پخت از قبل و B مرحله

ضخامت مورد نظر از و باشند یکسان جریان رفتار لحاظ به قطعات یهمه

قطعه نیز به دست آید.

Fig. 2 Prepreg Samples; before and after flow test

یابی جریان آزمون از بعد و قبل نمونه پیش آغشته مقایسه 2شکل

خمش آزمون از آن، بر PVB حضور تأثیر و تورق پدیده مشاهده برای

دما در گروه، و هر در نمونه پنج برای اینقطهسه خمش آزمایش. شد استفاده

و ابعاد ASTM D790-10 استاندارد مطابق و محیط رطوبت و

mm11/12111 شکست به شکل برش در لایه میانی گرفت تا انجام

STM-150 مدل) یونیورسال دستگاه از آزمایش انجام برای. اتفاق بیفتد

برای 1661 نسبت معیار این در. شد استفاده( ایران سنتام شرکت ساخت

بهتر شدن لایهلایه پدیده تا شد انتخاب ضخامت به مقیاس طول نسبت

-نیرو منحنی توجه با هانمونه از هریک حاصل کرنش و تنش. شود مشاهده

.شد محاسبه جاییجابه

الکترونی میکروسکوپ از نیز، هانمونه شکست سطح یمطالعه منظور به

( انگلستان Oxford Instruments شرکت ساخت INCA مدل) روبشی

.شد استفاده

نتایج و بحث -3

یابیآزمون جریان -3-1

پخت شرایط تعیین منظور به شد، اشاره تجربی بخش در که همانگونه

فاقد و PVB حاوی هایآغشتهپیش همه برای Co 19 دمای در B یمرحله

شده داده نشان 3 شکل در فوق آزمون نتایج. شد انجام یابیجریان آزمون آن،

آن یابیجریان فنولی، رزین آمیزه به PVB افزودن با شودمی مشاهده .است

با که است جامد ماده یک PVB که است آن از ناشی امر این. شودمی محدود

برای لذا. دهدمی افزایش را آن یویسکوزیته رزینی، آمیزه در گرفتن قرار

تحت خاصی مدت به آمیزه هر است لازم معین، یابیجریان یک به رسیدن

ها گیرد تا پخت جزئی متفاوت، در نهایت همه پیش آغشته قرار دما

هاآمیزه همه برای 11% یابیجریان رسم با باشند.یابی یکسانی داشته جریان

با هم 7 شکل درهای بدست آمده، . زمانآورد بدست را زمان این توانمی

.است مقایسه شده

Fig. 3 Resin flow vs. B-time for phenolic-glass prepregs with various

PVB contents.

رزین به شیشه آغشته الیاف برای Bیابی بر حسب زمان پخت جریان نمودار 3شکل

PVBمتفاوت مقادیر با فنولی

بر اساس این نتایج، زمان قرارگیری پیش آغشته تهیه شده از هر آمیزه

دقیقه و آمیزه 111، حدود PVBی فاقد تعیین شد. به عنوان نمونه آمیزه

قرار داده شد تا Co 91دقیقه در دمای 61، حدود PVBاز phr 21حاوی

باشد. ٪11یابی آن جریان

آزمون خمش -3-2

ها در شرایط ذکر آغشتههای قالبگیری شده از پیشی بعد، نمونهدر مرحله

گیری شد و تحت آزمون خمش قرار گرفت. نتایج شده در بخش تجربی، قالب

نشان داده شده است. 1این آزمون در شکل

و همکاران محیا فرجی ... فنولی به روش چقرمه سازی زمینه توسط -ایهای شیشههبود مقاومت تورق کامپوزیتب

524

یور

فناو

م لو

عیه

شرن

وز

مپکا

تی

Fig. 4 B-time vs. PVB contents in phenolic-glass prepregs.

برای الیاف آغشته به رزین فنولی حاوی مقادیر متفاوت Bنمودار زمان -4شکل

.11افزودنی پلیمری در جریان یابی %

هنگام به شاهد، ینمونه در شود،می مشاهده 1در شکل که همانطور

نیروی در شدید افتی و نمونه میانی یلایه در سراسری تورق به دلیل خمش،

در فشاری و کششی استحکام اینکه توضیح. افتدمی اتفاق خمشی

الیاف وجود امر این دلیل و ]27[ است برشی استحکام از بیشتر هاکامپوزیت

الیاف فشاری و کششی شکست در که آنجایی از هاست،کامپوزیت در بلند

عامل هم روی بر هالایه حرکت علت به برشی شکست در اما کندمی مقاومت

همواره مقاومت دلیل به و است رزین مقاومت ها،لایه حرکت از جلوگیری

و کششی استحکام از همواره برشی استحکام الیاف، به نسبت رزین کمتر

توانمی خمش آزمون طی دلیل همین به. است کمتر کامپوزیت یک فشاری

مربوط شد مشاهده نمودار در که ناگهانی افت که کرد برداشت را مطلب این

ها به هنگام این موضوع با مشاهدات عینی نمونه .است برشی شکست به

شکست مطابقت داشت.

Fig. 5 Flexural stress-strain curves of glass-phenolic composite with various contents of PVB.

بر حسب شیشه/ فنولی کامپوزیتخمش کرنش حسب بر تنش نمودار -5 شکل

. PVB مقادیر

ابتدا دچار ترک طولی کوچکی شده، در نتیجه افت ،phr 1نمونة حاوی

شروع به رشد کردند و در نهایت هاکوتاهی در تنش بروز کرد. سپس این ترک

این بود که قابل توجه در این نمودار شکست اصلی در نمونه اتفاق افتاد. نکته

افت سریعی در تنش اتفاق نیفتاد و این به معنی بود که نمونه بعد از شکست،

استحکام خود را تا حدودی حفظ کرده است در صورتی که در کامپوزیت

داد و قطعه بدون افزودنی بعد از شکست اولیه، تنش افت شدیدی نشان می

حاوی کامپوزیت در اتفاق این داد.خاصیت تحمل نیروی خود را از دست می

نشان داده 6در شکل %3که نمایی از نمونه شد مشاهده زین phr 11و 1 ،3

.شده است

Fig. 6 Delamination and crack path change between layers of

composites contained 3% PVB and tensile failure in composites

contained 20% PVB.

و PVB %3ها در کامپوزیت حاوی تورق و تغییر مسیر ترک بین لایه -6 شکل

PVB %21شکست کششی در کامپوزیت حاوی

الگوی و نشد مشاهده تورقی هیچگونه PVB از phr 21 حاوی یآمیزه در

قوس در کششی و خمش داخلی قوس در فشاری شکست به تورق، از شکست

سراسری تورق آمیزه، به PVB افزودن در واقع با .بود کرده پیدا تغییر بیرونی

مستقیم مسیر مسدودسازی و ترک مسیر تغییر مکانیزم با و شودمی حذف

شود )شکل می جابجا هالایه بین ترک شده، حذف مسیر یک در شکست آن،

6) .

وجود PVBاز phr11 های متعدد بلند در کامپوزیت حاوی علت وجود پیک

های اصلی متعدد در این نمونه بود که با عدم امکان رشد در یک لایه، شکست

های متعدد کرد. پیکبه لایه دیگر منتقل شده و افت نیرو در نمودار ایجاد می

کنند. های ریزی است که رشد نمیکوچک نیز ناشی از وجود آمدن ترک

با هانمونه یخمش استحکام آنکه ضمن که است این دیگر جالب ینکته

شکست )میانگین برندهپیش نیروی ،(1 شکل) یابدنمی کاهش PVB افزودن

شکست از بعد که (11/1بعد از افت اولیه تا شکست نهایی در کرنش هانیرو

افزایش PVB از phr 3 حاوی آمیزه در شود،می مشاهده نمودار در اصلی

چقرمگی شودمی باعث موضوع همین(. 5 شکل) دهدمی نشان توجهی قابل

٪15.2 با PVB مقدار این کرنش( حاوی-)سطح زیر نمودار تنش آمیزه

دهد نشان خود از را چقرمگی بیشترین افزودنی، فاقد نمونه به نسبت افزایش

شکست سطح یمطالعه از توانمی را تغییرات این بیشتر چرایی(. 9 شکل)

.کرد دریافت الکترونی میکروسکوپ آزمون توسط

و همکاران محیا فرجی ... فنولی به روش چقرمه سازی زمینه توسط -ایهای شیشههبود مقاومت تورق کامپوزیتب

525

یور

فناو

م لو

عیه

شرن

وز

مپکا

تی

Fig. 7 Flexural strength of glass-phenolic composite with various contents of PVB.

نمودار استحکام خمشی کامپوزیت فنولی/شیشه حاوی مقادیر متفاوت -7شکل

PVB

Fig. 8 The diagram of the average driving force of failure for glass-

phenolic composite with various contents of PVB.

نمودار متوسط نیروی پیش برنده شکست کامپوزیت فنولی/شیشه حاوی -8شکل

PVBمقادیر متفاوت

Fig. 9 The average toughness of glass-phenolic composite with various

contents of PVB. نمودار متوسط چقرمگی کامپوزیت فنولی/شیشه حاوی مقادیر متفاوت -9شکل

PVB

. است شده داده نشان PVB حاوی هایآمیزه شکست سطح 11 شکل در

( سفید شدگی a-11در رزین خالص )شکل شود،می مشاهده که گونه همان

ها مشاهده شد و رزین، رفتار شکست ترد از خود نشان تنها در اطراف حفره

داد به همین علت رشد ناگهانی در ترک تا انتها اتفاق افتاد و شکست صاف و

تواند دلیل افت دیده شد که همین امر میقابل توجهی ای بدون زبری آینه

ناگهانی تنش پس از شکست اولیه در کامپوزیت باشد. ضمن آنکه با این رفتار،

.]21[چقرمگی پایینی از قطعه بدست خواهد آمد

است. در PVBاز phr 1مربوط به رزین فنولیک حاوی b-11شکل

شد، های کروی شکل حاصل از خروج آب دیده میرزین خالص تنها حفره

که توسط PVBهای مربوط به نواحی شامل ها، حفرهحال آنکه در این نمونه

شود. مشاهده می حلال شسته شده بودند نیز

، با سطح phr 1 PVBهای حاوی تفاوت بارز سطح شکست نمونه

شکست رزین خالص، در میزان زبری و برجستگی بود. دلیل این پدیده را

اند. این نواحی، دانست که در رزین فنولیک پخش شده PVBتوان نواحی می

ها های ذاتی قطعه یا ایجاد شده از تنش، سر راه آنبه هنگام رشد ترک

جدید این ترک شوند، در مسیر و موجب انحراف مسیر ترک میگیرند قرارمی

بعدی برخورد کرده و دوباره از مسیر خود منحرف PVBبه ناحیه ذرات

تری را طی کرده، انرژی بیشتری شود. به همین دلیل ترک مسیر طولانیمی

شود. برای شکست صرف می

های همانطور که در آزمون خمش هم گفته شد با اضافه کردن درصد

تورق سراسری اتفاق نیفتاد. جلوی رشد ترک گرفته شد و PVBمختلف

همین امر منجر به افزایش چقرمگی شد. دلیل زبر شدگی سطح شکست هم

همین انحرافات دائمی ترک است که مسیر ترک را به شکل زیگزاگ گونه در

آورد. میزان این زبر شدگی و و ظاهری زبر را به وجود می [21]آورده

و همچنین فاصله آنها وابسته است. PVBچقرمگی کامپوزیت به اندازه ذرات

های مشاهده شده در این شکل در مقایسه با لازم به ذکر است که سفیدی

ها در سطح نمونه هم دیده شد رزین خالص بیشتر شد و علاوه بر اطراف حفره

دهنده جذب انرژی و تغییر شکل پلاستیک بیشتر در این نمونه که این نشان

گرمانرم PVBکه ناشی از حضور [26]خالص بود در مقایسه با کامپوزیت

باشد.می

PVB از phr1 بیشتر از رزین c-11سفیدی های به وجود آمده شکل

توان گفت تغییر شکل پلاستیک در این کامپوزیت افزایش بود، در نتیجه می

phr 1پیدا کرده است. زبر شدگی نیز در این نمونه، در مقایسه با کامپوزیت

و در PVBفزایش پیدا کرد که این هم به دلیل افزایش درصد ا PVBاز

در کنار هم بود. در شکل، PVBنتیجه بزرگتر شدن یا افزایش نواحی حاوی

شود که به وضوح به وجود آمده دیده می PVBیک حفره که در اثر خروج

این بزرگتر شدن نواحی ذرات موجب به شود.تر شدن آن مشاهده میبزرگ

و باعث انحراف بیشتر در مسیر ]21[ها شده است تر ترکدام انداختن راحت

تر کرده است و ترک خوردگی شده است و سطح شکست نمونه را زبر

چقرمگی کامپوزیت را افزایش داده است.

ا بگیری داشت. از طرفی استحکام نیز در این کامپوزیت افزایش چشم

، PVBتوان گفت با بزرگ شدن نواحی توجه به تصویر میکروسکوپی، می

ها در دسترس بوده، به دلیل افزایش چقرمگی فضای کمتری برای رشد ترک

نماید و استحکام خمشی زمینه، ترک در تنش بالاتری شروع به رشد می

دهد.افزایش نشان می

را PVBاز phr 1 که سطح شکست رزین فنولیک به همراه d-11شکل

زبری بیشتری phr 1 PVBو phr 3در مقایسه با رزین با دهد نشان می

PVBدهدکه این اتفاق قابل پیش بینی بود. چون با افزایش درصد نشان می

تر شدند و در اثر انحراف بیشتر شد و به هم نزدیک PVBباز هم تعداد نواحی

تر شد. بیشتر ترک، سطح شکست زبر

از phr1 رفت که چقرمگی در کامپوزیت ن پدیده انتظار میبا توجه به ای

توان ناشی از گونه نشد. این امر را میبیشتر شود اما این phr 3کامپوزیت

و همکاران محیا فرجی ... فنولی به روش چقرمه سازی زمینه توسط -ایهای شیشههبود مقاومت تورق کامپوزیتب

526

یور

فناو

م لو

عیه

شرن

وز

مپکا

تی

PVBکاهش استحکام رزین در اثر نقایص ناشی از نزدیکتر شدن نواحی

که به دلیل شستشو با PVBشود، فاز دانست. همانگونه که در شکل دیده می

ای در زمینة فنولیکی پخش شود، بطور گستردهاتانول، بصورت حفره دیده می

شده است و امکان ایجاد نقایص فراوانی را موجب شده است. با این شرایط

اگرچه زبری سطح افزایش یافته اما به دلیل کاهش نیروی لازم برای گسترش

تر شده، انرژی شکست کوچک کرنش-ترک، سطح زیر نمودار منحنی تنش

کاهش یافته است.

را phr 11 ،PVBکه سطح شکست رزین فنولیک حاوی e-11شکل

های قبلی دهد، دارای سفید شدگی بیشتری در مقایسه با نمونهنشان می

و دلایلی که قبلا ذکر PVBاست، از طرفی سطح شکست به خاطر افزایش

اد شده در این تصویر در مقایسه با های ایجتر شده است. تعداد حفرهشد زبر

تر اند که نشان از بزرگها بزرگتر شدههای قبلی بیشتر شده و این حفرهتصویر

دارد. در این کامپوزیت ذرات حاصل از نواحی PVBشدن نواحی ذرات

PVB تر ترک شده اند که این امر موجب رشد آسانخیلی به نزدیک شده

از phr 3کام در این نمونه هم کمتر از نمونه است، در نتیجه چقرمگی و استح

PVB .شد

نشان داده PVBاز phr21 سطح شکست رزین به همراه f-11در شکل

به حالت نیمه پیوسته PVBشود، نواحی شده است. همانگونه که مشاهده می

بیش از حد بزرگ هستند و دیگر توان PVBهای حاصل از درآمده و حفره

تواند در خود این منحرف کردن مسیر ترک را ندارند و ترک به راحتی می

نواحی رشد کند. به همین دلیل در نمودار خمش دیده شد که در این

رغم حضور ها، علیکامپوزیت چقرمگی به شدت کم شد و رفتار شکست نمونه

ل سفید شدگی و تغییر شکل شکننده بود. در این شک ،PVBنواحی

پلاستیک نیز از نواحی محدود به حالتی شبه پیوسته در آمد که ایده تاثیر بر

کند. شبکة اتصالات عرضی را تقویت می

گیرینتیجه -4

به رسیدن برای PVB افزودنی حضور از ناشی ویسکوزیته افزایش دلیل به

تا 61متفاوتی، از B مرحله پخت هایزمان معین، ضخامت و یابی جریان

افزودن. آید می دست به پلیمری افزودنی حاوی های آمیزه برای دقیقه، 111

PVB و چقرمگی و کند می متوقف را سرتاسری تورق مختلف، درصدهای در

2/15بیشترین مقدار چقرمگی با %. دهدمی افزایش را خمشی استحکام

به دست آمد. ،PVB از phr 3افزایش از نمونه حاوی

شده پخش فازهای بر علاوه که دهدمی نشان شکست مورفولوژی بررسی

PVB، که افتد می اتفاق زمینه با مشترک مرز در نیز محدودی فازی امتزاج

.شودمی چقرمگی در آفرینی نقش و پلاستیک شکست تغییر وقوع سبب

شکست به برشی از شکست مکانیسم ،PVB از phr 21 افزودن با

، بیشترینMPa 211با استحکام و یافته تغییر خمش در کششی-فشاری

که مشاهده شد، حدضمن آن. شودمی حاصل استحکام خمشی، میزان

وجود کامپوزیت کردن عمل چقرمه برای رزین، شدن چقرمه برای ایبهینه

.دارد

Fig. 9 Image of electron microscope of breakdown cross-section of phenolic resin containing different PVB values with a magnification of

3000 a) phenolic resin without additives b) phenolic resin with 1 phr of

PVB c) phenolic resin with 3 phr of PVB d) phenolic resin with 5 phr of PVB e) phenolic resin with 10 phr of PVB f) phenolic resin with 20

phr of PVB تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح مقطع شکست رزین فنولی حاوی -11شکل

( رزین b رزین فنولی بدون افزودنی a) 3111با بزرگ نمایی PVBمقادیر متفاوت

phr 1( رزین فنولی با PVB d از phr 3( رزین فنولی با PVB c از phr 1فنولی با

PVB از phr 21( رزین فنولی با PVB f از phr 11( رزین فنولی با PVB e از

مراجع -5[1] Benzerga D., Haddi A. and Lavie A., “Delamination Model Using

Damage Mechanics Applied to New Composite for Orthopaedic

Use” International Journal of Materials Engineering, Vol. 4, No. 3, pp.103-113, 2014.

[2] Sridharan, S., “Delamination Behaviour of Composites” First ed.,

Woodhead Publishing Limited, Cambridge, pp. 737-739, 2008. [3] Najafloo B., Rezadoust A.M. and Latifi M., “Effect of Through-

the-Thickness Areal Density and Yarn Fineness on the Mechanical

Performance of Three-Dimensional Carbon–Phenolic Composites” Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 35 No. 20, pp.

1447-1459, 2016.

[4] Shiino M. Y., Pelosi T. S., Hila´rio Cioffi M. O., and M. Donadon V., “The Role of Stitch Yarn on the Delamination Resistance in

Non-crimp Fabric: Chemical and Physical Interpretation” Journal

و همکاران محیا فرجی ... فنولی به روش چقرمه سازی زمینه توسط -ایهای شیشههبود مقاومت تورق کامپوزیتب

527

یور

فناو

م لو

عیه

شرن

وز

مپکا

تی

of Materials Engineering and Performance, Vil. 26, No. 3, pp. 978-

986, 2017.

[5] Naderi A., Mazinani S., Ahmadi S. J., Sohrabian M. and Arasteh

R., “Modified Thermo-Physical Properties of Phenolic Resin-Carbon Fiber Composite with Nano Zirconium Dioxide” Journal of

Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 117, No. 1, pp. 393-401,

2014. [6] Ávila A. F., Carvalho M. G. R., Van Petten A. M. V., “An

Investigation on Graphene-Based Hybrid Nanocomposites Under

Shear Loadings” 51st AIAA/ASME/ASCE/AHS/ ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Orlando, Florida,

12 - 15 April 2010.

[7] Liu N., Wang J., Yang J., Han G. and Yan F., “Effects of Nano-Sized and Micro-Sized Carbon Fibers on the Interlaminar Shear

Strength and Tribological Properties of High Strength Glass

Ffabric-Phenolic Laminate in Water Environment” Composites: Part B, Vol. 68, pp. 92–99, 2015.

[8] Phong N. T., Gabr M. H., Okubo K., Chuong B. and Fujii T.,

“Enhancement of Mechanical Properties of Carbon Fabric/Epoxy Composites Using Micro/Nano-Sized Bamboo Fibrils” Materials

and Design, Vol. 47, pp. 624-632, 2013.

[9] Beckermann G. W. and Pickering K. L., “Mode I and Mode II Interlaminar Fracture Toughness of Composite Laminates

Interleaved with Electrospun Nanofibre Veils” Composites: Part A,

Vol. 72, pp. 11-21, 2015. [10] Heijden S., Daelemans L., Meireman T., De Baere I., Rahier H.,

Paepegem W. V. and De Clerck K., “Interlaminar Toughening of

Resin Transfer Molded Laminates by Electrospun Polycaprolactone Structures: Effect of the Interleave Morphology”

Composites Science and Technology, Vol. 136, pp. 10-17, 2016.

[11] Mirzapour A., Pourhasan B. and Eslami Z., “Effect of Nanosilica on Bending Strength and Thermal Stability of Glass Fiber/Phenolic

Nanocomposite”, In Persian, Iranian Journal of Polymer Science

and Technology, Vol. 29, No. 4, pp. 377-386, 2016. [12] Rajabzadeh H., Amiri-Amraie I. and Rezadoust A.M.,

“Optimization of Tensile Strength of Phenolic-Glass Compound

for Compression Molding Process” In Persian, Iranian Journal of Polymer Science and Technology, Vol. 28, No. 1, pp. 19-26, 2015.

[13] Sela N. and Ishai O., “Interlaminar Fracture Toughness and

Toughening of Laminated Composite Materials: a Review”

Composites, Vol. 20, pp. 423-435, 1989.

[14] Woo E. M., “Time–temperature Viscoelastic Behavior of an

Interlaminar-Toughened Epoxy Composite” Journal of Applied Polymer Science, Vol. 50, pp. 1683-1692, 1993.

[15] Woo E. M. and Mao K. L., “Evaluation of Interlaminar-Toughened

Poly(Ether Imide)-Modified Epoxy/Carbon Fiber Composites” Polymer Composites, Vol. 17, pp. 799-805, 1996.

[16] Rajulu A. V., Rao G. B., Devi L. G., Balaji P. J., He J. and Zhang J., “Interlaminar Shear Strength of Polycarbonate-Toughened

Epoxy Composites Reinforced with Glass Rovings” Advances in

Polymer Technology, Vol. 22, pp. 373–377, 2003. [17] Ismail I.N, Ishak Z.A.M., Jaafar M.F., Omar S., Zainal Abidin M.F.

and Ahmad Marzuki H.F, “Thermomechanical Properties of

Toughened Phenolic Resol Resin” Solid State Science and Technology, Vol. 17, pp. 155-165, 2009.

[18] Liu N., Wanga J., Chen B., Han G., Yan F., “Enhancement on

Interlaminar Shear Strength and Tribological Properties in Water of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene/Glass

Fabric/Phenolic Laminate Composite by Surface Modification of

Fillers” Materials and Design, Vol. 55, pp. 805–811, 2014. [19] Ozdemir N. G., Zhang T., Hadavinia H., Aspin I., Scarpa F.,

“Glass Fibre Reinforced Polymer Composites Toughened with

Acrylonitrile Butadiene Nanorubber” Composites Part B: Engineering, Vol. 88, pp. 182-188, 2016.

[20] Beheshty M.H.., Afzali S.K. and Naderi G., “The Compounding of

Phenolic Nitrile Blends: II-Effect of Nitrile Elastomer Type”, In Persian, Iranian Journal of Polymer Science and Technology, Vol.

14, No. 5, pp. 317-322, 2001.

[21] Fotouhi M, Saghafi H, Brugo T, Minak G, Fragassa C, Zucchelli A, Ahmadi M, “Effect of PVDF Nanofibers on the Fracture Behavior

of Composite Laminates for High-Speed Woodworking Machines”

Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 231, pp. 31-43, 2017.

[22] Kamar N. T., Drzal L. T., Lee A. and Askeland P., “Nanoscale

Toughening of Carbon Fiber Reinforced/Epoxy Polymer

Composites (CFRPs) Using a Triblock Copolymer” Polymer, Vol.

111, pp. 36-47, 2017.

[23] Sonnenfeld C., Mendil-Jakani H., Agogué R., Nunez P. and

Beauchêne P., “Thermoplastic/Thermoset Multilayer Composites: A Way to Improve the Impact Damage Tolerance of Thermosetting

Resin Matrix Composites” Composite Structures, Vol. 171, pp.

298–305, 2017. [24] Kelly A., “Concise Encyclopedia of Composite Materials” First Ed,

Pergamon Press, Massachusetts, pp. 249-251, 1989.

[25] Norul Azlin M Z., Senin H B., Kok Sheng C., “Morphology Observation and Physical Properties of Phenolic Resin-Silicate

Layered Nanocomposites”, Journal of Nuclear and and

Related Technologies, Vol. 6, No. 1, Special Edition, 2009. [26] Greenhalgh E. S., “Failure Analysis and Fractography of Polymer

Composites” Woodhead Publishing Limited and CRC Press LLC,

Cambridge, pp. 175-209, 2009. [27] R. Atrif R., Inam F., “Fractography Analysis of 0.5 wt% Multi-

Layer Grapheme/Nanoclay Reinforced Epoxy Nanocomposites”

AIMS MATERIALS Science, Vol. 3, No. 3, pp. 1266-1280, 2016. [28] Atrif R., Inam F,. ʻʻFractography Analysis of 0.5 wt% Multi-Layer

Grapheme/Nanoclay Reinforced Epoxy Nanocompositesʼʼ, Aims

Matrials Science,3(3),1266-1280,2016.

و همکاران محیا فرجی ... فنولی به روش چقرمه سازی زمینه توسط -ایهای شیشههبود مقاومت تورق کامپوزیتب

528

یور

فناو

م لو

عیه

شرن

وز

مپکا

تی