تولید نانوچسب برای تقویت سازه‌های فولادی

به گزارش مهر، امروزه استفاده از کامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با الیاف جهت مقاوم‌سازی و تقویت سازه‌های فلزی، یک روش نوین و کارا برای بهسازی سازه‌های فولادی محسوب می‌شود.

وزن پایین، استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی این نوع کامپوزیت‌ها، آن‌ها را به یک گزینه ایده‌ال جهت استفاده در بازه‌ وسیعی از سازه‌ها، نظیر سازه‌های فولادی، سازه‌های بتنی و سازه‌های چوبی تبدیل کرده است.

با این ‌حال، کاهش شدید استحکام چسب متصل‌کننده این کامپوزیت‌ها به سازه فلزی مادر در برخی شرایط خاص دمایی، استفاده از آن‌ها را با محدودیت جدی مواجه کرده است. امروزه با ورود فناوری نانو به حوزه‌ ساختمان و پلیمر، این مشکلات تا حدود زیادی در حال مرتفع شدن است.

اصغر حبیب نژاد کورایم، مجری طرح، هدف از انجام طرح حاضر را بهبود عملکرد در دمای بالای چسب اپوکسی متصل‌کننده این کامپوزیت‌ها به سازه فلزی مادر به کمک نانولوله‌های کربنی عنوان کرد.

وی با بیان این که سازه‌های فلزی موجود در خلیج‌فارس، نظیر اسکله‌ها و سکوهای نفتی در تابستان دمای ۵۰ تا ۶۰ درجه‌ سانتی‌گراد را تجربه می‌کنند، افزود: چسب‌های تقویت‌کننده‌ رایج، در بازه‌ دمایی مذکور ضعیف شده و کارایی خود را از دست می‌دهند؛ با استفاده از نانوچسب تولید شده در این طرح، می‌توان این سازه‌ها را محافظت کرده و موجب صرفه‌جویی در هزینه و افزایش عمر کاری سازه‌های فلزی مذکور شد.

حبیب نژاد کورایم عنوان کرد: نانولوله‌های کربنی به‌عنوان یک نانوذره یک‌ بعدی خواص مکانیکی و الکتریکی منحصر به ‌فردی دارند؛ خواص مکانیکی عالی و نیز نسبت طول به قطر بسیار بالای این نانومواد امکان استفاده از آن‌ها را به‌عنوان یک مسلح‌کننده در مقیاس نانو فراهم می‌کند.

به گفته وی، این مسلح کننده با خاصیت پل زنندگی خود بر روی دو طرف ترک می‌تواند از توسعه‌ ترک جلوگیری کرده یا انرژی زیادی را مستهلک کند که این موضوع موجب بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت حاصل در مقایسه با ماده‌ اولیه می‌شود.

حبیب نژاد کورایم تصریح کرد: نانولوله‌های کربنی به‌واسطه‌ انرژی سطحی بالایشان به‌شدت تمایل به کلوخه شدن در ماده زمینه دارند؛ لذا توزیع یکنواخت آن‌ها در ماده‌ زمینه، پارامتر بسیار مهمی در اثرگذاری این نانوذرات است.

این محقق اظهار داشت: در غیر این صورت، این نانوذرات نه ‌تنها خواص مکانیکی و ترمومکانیکی ماده‌ زمینه را بهبود نخواهد بخشید، بلکه به‌واسطه‌ تمرکز تنش ناشی از وجود این نانوذرات، خواص نانوکامپوزیت حاصل نسبت به ماده‌ اولیه بدتر خواهد شد؛ از این ‌رو، مرحله‌ اول در انجام این پژوهش، انتخاب یک روش مناسب جهت اختلاط یکنواخت نانولوله‌های کربنی با رزین اپوکسی بود.

وی ادامه داد: در مرحله‌ بعد اتصال سازه‌ فلزی مادر و نانوچسب تولید شده و در شرایط مختلف از جمله دماهای ۴۰ الی ۷۰ درجه سانتی‌گراد آزمایش شد تا اثر استفاده از نانولوله‌های کربنی بر رفتار چسب اتصال بررسی شود.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر اصغر حبیب نژاد کورایم- عضو هیأت علمی دانشگاه علم و صنعت ایران و پژوهشگرانی از دانشگاه موناش کشور استرالیا است. نتایج این کار در مجله‌ Composites Part B (جلد ۹۴، سال ۲۰۱۶، صفحات ۹۵ تا ۱۰۱) به چاپ رسیده است.