Ανάπτυξη νέας γενιάς πολυμερούς μήτρας νανοσύνθετων υλικών με τροποποιημένες μορφές γραφενίων

• Κύριος συγγραφέας: Βρεττού, Κατερίνα
• Άλλοι συγγραφείς: Κωστόπουλος, Βασίλειος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2017
• Θέματα: Γραφένιο; Ανθρακονήματα; Graphene; Carbon fibers; 620.115

Η εφαρμογή των σύνθετων υλικών στις κατασκευές υψηλής τεχνολογίας και μη έχει αυξηθεί ραγδαία τις τελευταίες δεκαετίες. Οι κατασκευές από σύνθετα υλικά εμφανίζουν διαστρωματικές αποκολλήσεις οι οποίες μειώνουν την αντοχή και την δυσκαμψία και συνεπώς τη διάρκεια ζωής των εν λόγω κατασκευών. Για το λόγο αυτό, υπάρχει η τάση ενίσχυσης της μήτρας του υλικού χρησιμοποιώντας κυρίως νανο-σωματίδια άνθρακα. Τα νανο-σωματίδια που χρησιμοποιούνται ευρέως προς αυτή την κατεύθυνση έχουν ως βασικό δομικό στοιχείο το γραφένιο (Νανοσωλήνες άνθρακα, πολυστρωματικά γραφένια). Αρχική ιδέα και σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας ήταν η μελέτη της θραυστομηχανικής συμπεριφοράς ινωδών σύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας ενισχυμένης με νανο-εγκλείσματα γραφενίου αποτελούμενα από διαφορετικό αριθμό γραφιτικών επιπέδων και γεωμετρικά χαρακτηριστικά, περιεκτικότητας 0.5% κ.β. Για το λόγο αυτό πραγματοποιήθηκε η παρασκευή ινωδών σύνθετων υλικών, CFRP, μονής διεύθυνσης και διάταξης [0]16. Ως μήτρα των ινωδών σύνθετων υλικών χρησιμοποιήθηκε νανο-τροποποιημένη και μη εποξική ρητίνη ενώ ως μόνιμη φάση ενίσχυσης χρησιμοποιήθηκαν ανθρακονήματα μονής διεύθυνσης (UD). Το Prepreg σύστημα ρητίνης που χρησιμοποιήθηκε αποτελούνταν από την θερμοσκληρυνόμενη εποξειδική ρητίνη Araldite LY 1556, της εταιρίας Huntsman Αdvanced Materials (Switzerland). Τα ανθρακονήματα που χρησιμοποιήθηκαν ως μόνιμη φάση ενίσχυσης προμηθεύτηκαν από την εταιρία TORAYCA, της σειράς T700SC υπό την μορφή πανιών. Τα ολίγο ή πολύ-στρωματικά γραφένια που χρησιμοποιήθηκαν για την ενίσχυση της μήτρας προήλθαν από την εταιρία Cheap Tubes Inc. (USA) ενώ τα εγκλείσματα μεγάλης διαμέτρου από την εταιρία Νano-Innova (Spain). Η μίξη των δύο φάσεων (εποξειδικής ρητίνης και ολίγο ή πολύ-στρωματικων γραφενίων) υλοποιήθηκε με τη χρήση καλάνδρας (3 Roll Mill) στην οποία αναπτύσσονται ισχυρές διατμητικές δυνάμεις που είναι υπεύθυνες για την καταπολέμηση της ανάπτυξης των συσσωματωμάτων. Ο πολυμερισμός των πλακών πραγματοποιήθηκε σε αυτόκλειστο φούρνο (Autoclave) σύμφωνα με τον προτεινόμενο κύκλο πολυμερισμού της εταιρείας, 2 ώρες στους 120οC, και πίεση 6 bar υπό την παρουσία κενού που επιτεύχθηκε μέσω της χρήσης «σακούλας κενού». Αμέσως μετά ,ακολούθησε ποιοτικός μη καταστροφικός έλεγχος με υπερήχους (C-Scan) προκειμένου να διαπιστωθεί η ομοιομορφία των πολύστρωτων. Πραγματοποιήθηκαν τα θραυστομηχανικά πειράματα τύπου Ι και ΙΙ (MODE I, MODE II) με σκοπό τη μέτρηση του κρίσιμου ρυθμού απελευθέρωσης ενέργειας παραμόρφωσης, Gic ,Giic (critical energy release rate) που απαιτείται για τη διάδοση της ρωγμής. Τα εν λόγω θραυστομηχανικά πειράματα τύπου Ι,ΙΙ πραγματοποιήθηκαν με βάση τα στάνταρντ ASTM D 5528 και Airbus AITM 1.0006 αντίστοιχα. Προκειμένου να διερευνηθεί περαιτέρω η ανοχή σε βλάβη των εν λόγω υλικών , πραγματοποιήθηκαν πειράματα κρούσης και θλίψης μετά την κρούση (CAI) με βάση τα στάνταρντ ASTM D 7136 και Airbus AITM 1.0010, αντίστοιχα με σκοπό την διερεύνηση των επιπρόσθετων μηχανισμών που αναπτύσσονται στο εσωτερικό του υλικού για την απορρόφηση της προσφερόμενης ενέργειας κατά τη διάρκεια της καταπόνησης και εν συνεχεία την μελέτη της επίδραση της νανο-ενίσχυσης στη συμπεριφορά και στις ιδιότητες του αρχικού υλικού, μετά το πέρας της κρούσης.