محققان دانشگاه سمنان با انجام یک طرح آزمایشگاهی در قالب رساله دکتری موفق به ساخت یک نانوکامپوزیت محکم چندجزیی متشکل از الیاف کنف شدند. این نانوکامپوزیت علاوه بر استحکام مکانیکی، از خواص حرارتی و زیست‌تخریب‌پذیری مطلوبی برخوردار است.
ساخت نانوکامپوزیتی مستحکم و زیست‌تخریب‌پذیر از الیاف طبیعی کنف
امروزه با توسعه و پیشرفت در صنایع مختلف، تمایل به استفاده از الیاف طبیعی به دلیل طبیعت زیست‌تخریب‌پذیری، زیست سازگاری و همچنین وزن و قیمت پایین‌تر نسبت به الیاف مصنوعی، افزایش یافته است. یکی از کاربردهای معمول استفاده از الیاف، ایجاد ساختار دو یا چندجزیی است که می‌توان به فایبرگلاس به‌عنوان یکی از رایج‌ترین آن‌ها اشاره کرد. حال محققان دانشگاه سمنان از الیاف کنف به‌منظور ساخت یک نانوکامپوزیت مستحکم به‌عنوان یک جایگزین مناسب برای فایبرگلاس استفاده کرده‌اند.
دکتر حسام‌الدین یعقوبی کوپائی، دانش‌آموخته مقطع دکتری مهندسی مکانیک دانشگاه سمنان، با اشاره به اهمیت بالای برخورداری هم‌زمان از مقاومت مکانیکی، فیزیکی و حرارتی برای کامپوزیت‌های زمینه پلیمری، اهداف دنبال شده در این طرح را تبیین نمود: «علی‌رغم مزایای متعدد استفاده از الیاف طبیعی در ساختار کامپوزیت‌ها، در اغلب موارد استحکام مکانیکی و حرارتی آن‌ها نمی‌توانند پاسخگوی بسیاری از کاربردها باشد، ازاین‌رو ما در طرح حاضر تلاش کردیم ضمن استفاده از الیاف طبیعی و زیست‌تخریب‌پذیر کنف، نانوکامپوزیتی با خواص مکانیکی، فیزیکی و حرارتی مطلوب تولید کنیم.»
وی در خصوص کاربردهای احتمالی نانوکامپوزیت تولیدشده در این طرح گفت: «با توسعه روزافزون خودروهای الکتریکی و اهمیت بالای مسئله وزن در این نوع خودروها، یکی از کاربردهای اصلی این نانوکامپوزیت می‌تواند به ساخت بدنه و اجزای خودروهای الکتریکی مربوط شود.»
به گفته این محقق استفاده از نانولوله‌های کربنی، حتی به میزان بسیار اندک، موجب شده تا این نانوکامپوزیت از استحکام کششی، خمشی و ضربه بالایی برخوردار باشد. از سوی دیگر، نانولوله‌های کربنی از مقاومت حرارتی بالایی برخوردارند و حضور آن‌ها در ساختار نانوکامپوزیت، پایداری حرارتی قابل قبولی را به آن القا کرده است.
در این پژوهش یک نانو-بایوکامپوزیت با زمینه پلی‌پروپیلن، ۳۰ درصد وزنی الیاف کوتاه کنف، سازگارکننده پلی‌پروپیلن جفت شده با مالئیک آنیدرید به میزان ۵% وزنی و مقادیر مختلفی از نانولوله‌های کربنی ساخته شده و پس از انجام آزمون‌های مشخصه یابی، مورد ارزیابی‌های مکانیکی از قبیل کشش، خمش و ضربه و همچنین بررسی‌های حرارتی قرار گرفته است.
تصاویر میکروسکوپی پراکنده شدن یکنواخت نانولوله‌های کربنی در ماتریس پلیمری را تا ۱ درصد وزنی تأیید می‌کنند. همچنین نتایج آزمون‌های مکانیکی بیانگر افزایش استحکام کششی، خمشی و ضربه به ترتیب به میزان ۱۳٫۸ درصد، ۱۵٫۶ درصد و ۱۱٫۴ درصد در حضور ۱ درصد وزنی نانولوله کربنی هستند. ضمن اینکه افزایش درصد وزنی حضور نانولوله‌های کربنی در ساختار نانو-بیوکامپوزیت پایداری حرارتی آن را بهبود می‌دهد.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر حسام‌الدین یعقوبی کوپایی و دکتر عبدالحسین فریدون- به ترتیب دانش‌آموخته مقطع دکتری و عضو هیات علمی دانشگاه سمنان است. نتایج این کار در مجله Composites Part B: Engineering با ضریب تأثیر ۴٫۹۲۰ (جلد ۱۶۲، سال ۲۰۱۹، صفحات ۳۱۴ تا ۳۲۲) منتشر شده است.
