چکیده

در طی مراحل سنتز مواد متخلخل به روش سل-ژل، زمانی که جزء مایع سوسپانسیون حذف و با گاز جایگزین شود، یک نانوساختار

بدون فروپاشی منافذ به نام ایروژل بر جای میگذارد، به طوریکه 90 - 99 % حجم آن را هوا اشغال کرده است. با توجه به استفاده از ساختارهای

کربنی به عنوان تقویتکننده در کامپوزیتهای زمینه پلیمری و انجام عملیات اصلاح سطح با مواد جفتکننده سیلانی بر روی مواد کربنی نظیر

نانولولههای کربنی و نانوصفحههای گرافنی، تا به حال هیچ عملیات اصلاح سطح سیلانی بر روی ایروژل کربنی انجام نشدهاست. هدف از انجام

این پژوهش، سنتز ایروژلهای کربنی و اصلاح سطح سیلانی آنها با هدف ایجاد ساختار شیمیایی متفاوت و کاربرد آنها بهعنوان تقویتکننده

در زمینه اپوکسی، برای نانوکامپوزیتها و کامپوزیتهای لیفی است. در ادامه تاثیر تغییر ساختار شامل اندازه و توزیع حفرات و مساحت سطح

مخصوص و گروههای عاملی سطحی بر خواص مکانیکی و جذب انرژی نانوکامپوزیتها و کامپوزیتهای لیفی بررسی میشود. بدین منظور

دو عامل بهعنوان متغیر در نظر گرفته شد: عامل اول، تغییر در خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و ساختاری ایروژل و عامل دوم، تغییر غلظت

ایروژلهای کربنی است. جهت ارزیابی تغییر در ساختار ایروژل از انجام عملیات اصلاح سطح شیمیایی توسط ماده جفتکننده سیلانی استفاده

شد. در واقع سیلانها موادی هستند که با ایجاد اتصال شیمیایی و در هم نفوذ مولکولی سبب افزایش چسبندگی میان ایروژل و رزین )پلیمر زمینه(

میشود. جهت تاثیر غلظت تقویتکننده از مقادیر 1 / 0 ، 3 / 0 و 5 / 0 درصد وزنی-وزنی ایروژل در پلیمر اپوکسی استفاده شد. جهت بررسی

ساختار فیزیکی ایروژلها از آزمایش جذب و واجذب نیتروژن، ساختار شیمیایی آنها از طیف سنجی تبدیل فوریه ) FTIR ( و مورفولوژی آنها

به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی ) FESEM ( استفاده شد. نتایج نشان دادند ایروژلها دارای تخلخل بالای 85 % و ایروژل کربنی خام ،

اصلاح شده با سیلان و اصلاح شده با اسید و سپس سیلان به ترتیب با دانسیته gr/cm3 27 / 0 ، 31 / 0 و 32 / 0 و سطح مخصوص m2/gr 08 / 613

، 04 / 252 و 09 / 248 هستند. ایروژلها در درصدهای وزنی-وزنی مختلف با زمینه اپوکسی مخلوط و پس از پخت، نمونههای نانوکامپوزیتی و

کامپوزیت لیفی نهایی حاصل شدند. مورفولوژی سطح مقطع نانوکامپوزیتها و سطح شکست کامپوزیتهای لیفی با FESEM و همچنین

خواص مکانیکی نمونهها به کمک آزمایشهای کششی، خمشی تک شکاف، پانچ برشی و آزمایش ریزقطره مورد ارزیابی قرار گرفتند. به طور

کلی نتایج آزمایشهای مکانیکی نشان دادند، حضور هر سه نوع ایروژل در زمینه پلیمری سبب بهبود خواص نمونههای کامپوزیتی نسبت به

نمونههای شاهد شده است. به طوریکه آزمایشهای کشش افزایش 62 / 83 % استحکام و 50 % مدول یانگ برای نمونههای نانوکامپوزیتی و

افزایش 81 % استحکام و 31 % مدول یانگ برای نمونههای کامپوزیت لیفی، نشان دادند. این نتایج به دلیل نفوذ زنجیرههای پلیمری به داخل حفرات

ایروژل، افزایش سطح تماس بین تقویتکننده و پلیمر است که منجر به افزایش موثر انتقال بار از زمینه به تقویتکننده می باشد. از طرفی ساختار

متخلخل سه بعدی ایروژل باعث جذب انرژی و نیروی خارجی اعمال شده میشود که ساختار متخلخل در نهایت به صورت بهبود خواص ایفای

نقش میکند. همچنین انجام عملیات اصلاح سطح با اسید و سیلان سبب بهبود خواص نمونههای کامپوزیتی نسبت به نمونههای حاوی ایروژل

اصلاح سطح نشده، شده است به طوری که استحکام کششی 42 % و مدول یانگ 15 % افزایش نشان دادند. در آزمایشهای خمشی نیز نمونههای

کامپوزیتی حاوی ایروژل کربنی اصلاح شده با سیلان و اصلاح شده با اسید و سپس سیلان به ترتیب، افزایش 75 % و 114 % چقرمگی شکست و

افزایش % 317 و 551 % انرژی شکست نسبت به نمونههای کامپوزیتی حاوی ایروژل کربنی اصلاح سطح نشده از خود نشان دادند. بررسی نتایج

آزمایشهای برشی برای نانوکامپوزیتها و آزمایشهای انجام شده بر روی نمونههای کامپوزیت لیفی نشان داد که انجام عملیات اصلاح شیمیایی

سطح تاثیر چشمگیری بر خواص مکانیکی این نمونههای کامپوزیتی نداشته است. لازم به ذکر است در بعضی از موارد، در غلظتهای بالاتر

ایروژل به دلیل تمایل ذرات ایروژل به یکدیگر، تجمع و کلوخهای شدن تقویتکننده رخ میدهد و سبب افت خواص میگردد. در این پژوهش

علاوه بر بهرهگیری از ویژگی درگیری فیزیکی و مکانیکی بین تقویتکننده و پلیمر زمینه، از ویژگی درگیری شیمیایی به کمک ایجاد گروهه