تحلیل و بهینه سازی خواص مکانیکی بایوکامپوزیت های تقویت شده با الیاف کناف و نانو ذرات گرافن در حضور سازگارکننده

Abstract

در این مقاله به بررسی خواص مکانیکی در بایوکامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف طبیعی کناف/ نانوگرافن در زمینه پلی پروپیلن با اضافه کردن سازگار کننده پرداخته شده است. از روش آماری سطح پاسخ (RSM) با رویکرد باکس بهنکن (BBD) جهت بررسی و ارائه مدل ریاضی برای رفتار بایوکامپوزیت با توجه به پارامترهای درصد وزنی الیاف کناف، درصد وزنی نانوگرافن و درصد وزنی سازگارکننده استفاده شده است. رفتار نمونه‌ها تحت آزمون‌های کشش، خمش و ضربه تحلیل گردید و نتایج با استفاده از تصاویرمیکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی توجیه شد. سطح شکست نمونه‌ها نشان داد مکانیزم اصلی در بهبود رفتار بایوکامپوزیت معرفی شده، شکست الیاف و جدایش به همراه بیرون کشیدگی الیاف از ماده زمینه است. فرایند بهینه‌سازی چند هدفه با دو روش فراابتکاری و تابع مطلوبیت انجام گردید و نمودار پرتو با توجه به اهداف طراحی ترسیم شد. بهینه‌سازی، با هدف افزایش استحکام خمش، ضربه و کشش، و همزمان کاهش وزن نمونه‌ها انجام گردید و، درصد وزنی الیاف، نانو ذرات و سازگارکننده به عنوان متغییرهای مسئله تعریف گردیدند. نتایج نشان داد نمونه بایوکامپوزیت با درصد‌های بهینه پارامترهای طراحی، در سه خاصیت مکانیکی شامل، استحکام کششی، ضربه و خمشی به ترتیب برابر MPa 28.5، J/m 92.29 و MPa 50 است. در پایان حالت بهینه نشان داد، وزن نمونه بایوکامپوزیت را می‌توان تا 32 درصد کاهش داد.