Ανάπτυξη πολυμερών τύπου δις-μαλεϊμιδίου και χρήση τους ως υλικού αυτοϊασης σε συστήματα συνθέτων υλικών ρητίνης/ινών άνθρακα

• Main Author: Γείτονα, Άννα
• Other Authors: Geitona, Anna
• Language: Greek
• Published: 2020
• Subjects: Αυτοΐαση; Σύνθετα υλικά; Ηλεκτροϊνοποίηση διαλύματος; Κρούση χαμηλής ταχύτητας; Θλίψη; Δις-μαλεϊμίδια; Self-healing; Bis-maleimides; Composites; Electrospinning; Low velocity impact; Compression

Τα ινώδη σύνθετα υλικά (ΙΣΥ) αποτελούν πλέον ένα από τα κύρια συστατικά υλικά κατασκευών σε πολλούς κατασκευαστικούς τομείς και κυρίως στον τομέα των μεταφορών. Τα υλικά αυτά χαρακτηρίζονται ως ιδανικά λόγω της υψηλής ειδικής αντοχής, του χαμηλού βάρους και της ακαμψίας τους εν συγκρίσει με τα μέταλλα (παραδοσιακά υλικά κατασκευών). Ωστόσο, ένας βασικός περιορισμός των ΙΣΥ είναι η ευαισθησία τους σε μικρο-βλάβες και η χαμηλή διαστρωματική αντοχή που τα καθιστούν επιρρεπή σε αποκολλήσεις κατά τη διάρκεια λειτουργίας τους σε μια κατασκευή. Οι συμβατικοί τρόποι επισκευής είναι χρονοβόροι και κοστοβόροι, πράγμα το οποίο οδήγησε τους επιστήμονες στην επινόηση καινοτόμων ιδεών για την επίλυση αυτών των μειονεκτημάτων. Προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί ή ακόμη και να μηδενιστεί το κόστος συντήρησης των κατασκευών από ΙΣΥ απαιτείται ένας καινοτόμος και αυτοματοποιημένος τρόπος επισκόπησης και επισκευής τους, συνδυαστικά με νέα έξυπνα, υβριδικά και πολυλειτουργικά συστήματα υλικών. Μια τέτοια κατηγορία υλικών αποτελούν και τα υλικά αυτο-ίασης (ΑΙ), τα οποία είναι εμπνευσμένα από βιολογικά συστήματα στα οποία οι βλάβες προκαλούν αυτόματα μια θεραπευτική απόκριση. Αν και η τεχνολογία ΑΙ δεν έχει ακόμη εφαρμοστεί εμπορικά, αναμένεται να επεκτείνει τη διάρκεια ζωής και την αξιοπιστία των μελλοντικών κατασκευών. Τα συστήματα ΑΙ μπορούν να είναι είτε αυτόνομα (εξωγενή) είτε μη αυτόνομα (εγγενή). Τα μη αυτόνομο ΑΙ υλικά φαίνεται να είναι η πιο ελπιδοφόρος προσέγγιση για τα σύνθετα, καθώς συγκεκριμένοι αναστρέψιμοι δεσμοί εισάγονται σε εποξειδικά πολυμερικά δίκτυα. Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει την επούλωση να πραγματοποιείται για πολλούς κύκλους καθώς δεν καταναλώνονται άλλες χημικές ουσίες όπως στην περίπτωση του αυτόνομου μηχανισμού ΑΙ (ενσωμάτωση μικροκαψουλών ή δικτύων). Τα πολυμερή τύπου δις-μηλεϊμιδίου (Bis-maleimides, BMI) δύνανται να εμφανίζουν ικανότητα ΑΙ λόγω της θερμικά αναστρέψιμης φύσης των δεσμών που σχηματίζουν με αντιδράσεις Diels-Alder. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, BMI πολυμερές ενσωματώθηκε σε αεροπορικού τύπου σύνθετα πολυμερικά υλικά, ενισχυμένα με ίνες άνθρακα (CFRPs). Το ΒΜΙ εισήχθη σε όλες τι ενδιάμεσες στρώσεις των CFRPs, τοπικά μέσω της διαδικασίας ηλεκτροϊνοποίσης διαλύματος σε στοχευμένη περιοχή όπου μελλοντική βλάβη αναμένετε να συμβεί. Ύστερα, αξιολογήθηκε η επίδραση και η ικανότητα του ΒΜΙ ως παράγοντας ΑΙ στα CFRPs. Πιο συγκεκριμένα, παρασκευάστηκαν δοκίμια αναφοράς και τροποποιημένα με BMI με την ακόλουθη αλληλουχία στρώσεων: [45/0 / -45 / 90]2S. Όλα τα CFRPs είχαν ίδια περιέκτηκότητα ινών (Vf) και εξετάστηκαν σε δοκιμή κρούσης χαμηλής ταχύτητας (LVI) και θλίψης (πριν, μετά την κρούση και μετά τη διαδικασία ΑΙ). Σύμφωνα με πειραματικά αποτελέσματα, αποδείχθηκε ότι μετά από δοκιμές LVI όλα τα CFRPs εμφάνισαν συγκρίσιμη αντίσταση σε βλάβη, λαμβάνοντας υπόψη τις εικόνες μη καταστροφικού ελέγχου C-scan, ενώ δεν παρατηρήθηκε υποβάθμιση των CFRPs λόγω ενσωμάτωσης του ΑΙ ΒΜΙ υλικού. Τέλος μετά την διαδικασία ΑΙ, η περιοχή βλάβης που είχε δημιουργηθεί κατά την κρούση αποκαταστάθηκε πλήρως και η εναπομείνουσα αντοχή σε θλίψης ανακτήθηκε σε μεγάλο ποσοστό στα τροποποιημένα με ΒΜΙ CFRPs.