بررسی تاثیر استفاده از نانوکامپوزیت ها در افزایش عمر مفید چوب بدمینتون یا راکت تنیس: تست های مکانیکی و مقایسه با مواد سنتی

مسئله: راکت های ورزشی مدرن (تنیس و بدمینتون) تحت بارهای ضربه ای دینامیکی و ارتعاشات شدید با فرکانس بالا قرار دارند. مواد سنتی مانند آلیاژهای آلومینیوم و حتی کامپوزیت های استاندارد فیبر کربن (CFRP)، در اثر خستگی مکانیکی (Fatigue) دچار ریزترک ها، لایه لایه شدن (Delamination) و در نهایت شکست ناگهانی می شوند که این امر عمر مفید تجهیزات را به شدت کاهش داده و پایداری عملکردی ضربه را مختل می کند.روش: در این پژوهش، به منظور بهبود خواص مکانیکی و افزایش عمر مفید راکت ها، سیستم نانوکامپوزیت هیبریدی بر پایه رزین اپوکسی تقویت شده با نانولوله های کربنی چنددیواره (MWCNTs) و نانوپلاکت های گرافن (GNPs) توسعه یافته است. نمونه های کامپوزیتی با درصدهای وزنی مختلف (۰.۱ wt% تا ۱.۰ wt%) از نانوذرات ساخته شدند. آزمون های مکانیکی شامل تست کشش استاندارد (ASTM D۳۰۳۹)، تست ضربه چارپی (ASTM D۶۱۱۰) و تست خستگی خمشی سه نقطه ای چرخه ای تحت تنش های دینامیکی انجام گرفت. همچنین از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای تحلیل میکروسکوپی فاز شکست استفاده شد.نتایج: نتایج تجربی نشان داد که نمونه هیبریدی حاوی ۰.۵ wt% MWCNT و ۰.۵ wt% GNP بیشترین کارایی را دارد؛ به طوری که استحکام کششی نهایی ۲۸.۵٪، مدول الاستیسیته ۱۹.۲٪ و مقامت به ضربه ضربه چارپی ۴۲.۳٪ نسبت به نمونه کامپوزیت سنتی بدون نانوذرات بهبود یافت. مهم تر از همه، عمر خستگی چرخه ای نمونه بهینه تحت بارگذاری تناوبی ۱۵۰ مگاپاسکال، با رشد چشمگیر ۱۳۵ درصدی از ۵۲,۰۰۰ چرخه به بیش از ۱۲۲,۰۰۰ چرخه افزایش یافت.نتیجه گیری نهایی: افزودن همزمان نانولوله های کربنی و گرافن به دلیل مکانیزم های مهار ترک آدرس دهی شده مانند پل زنی نانولوله ها و انحراف مسیر ترک توسط پلاکت های گرافنی، چقرمگی شکست ماتریس را به شدت افزایش می دهد. این دستاورد پتانسیل بالایی در تولید نسل جدید تجهیزات ورزشی فوق سبک، بادوام و با نرخ جذب ارتعاش بالا دارد.

کلیدواژه ها:

نانوکامپوزیت هیبریدی ، نانولوله کربنی چنددیواره ، نانوپلاکت گرافن ، راکت تنیس ، راکت بدمینتون ، خستگی مکانیکی ، مقاومت ضربه ، کامپوزیت CFRP ، رزین اپوکسی ، تحلیل SEM