Κατασκευή και πειραματικός χαρακτηρισμός συνδέσεων με κόλλα βιολογικής βάσης : επίδραση της προσθήκης νανοσωλήνων άνθρακα και της υγροθερμικής γήρανσης

• Κύριος συγγραφέας: Ηλιοπούλου, Γεωργία Μαρίνα
• Άλλοι συγγραφείς: Iliopoulou, Georgia Marina
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Ρητίνη βιολογικής βάσης; Οικολογικό αποτύπωμα; Αντοχή σε διάτμηση; Αντοχή έπειτα από γήρανση; Bio-resin; Ecological footprint; Shear strenght; Strenght after hyrgro-aging

Η συγκεκριμένη εργασία αποτελεί μια έρευνα στον γενικότερο τομέα της Αντοχής των Υλικών, τομέας που ιστορικά απασχολεί τον άνθρωπο και έχει εξελιχθεί σε Επιστήμη με αμέτρητες εφαρμογές και διακλαδώσεις. Στη σύγχρονη εποχή η υπερβολική χρήση των ορυκτών πόρων, έχει ωθήσει τους επιστήμονες στην αναζήτηση οικολογικότερων λύσεων σε διάφορες εκφάνσεις της ζωής μας. Τέτοιες προσπάθειες αποτελούν η χρήση ανενεώσιμων πηγών ενέργειας (π.χ. φωτοβολταϊκά, αιολικά πάρκα) καθώς και η παραγωγή βιο-διασπώμενων προϊόντων, προς αντικατάσταση των προϊόντων που προέρχονται από υδρογονάνθρακες (δηλ. αργό πετρέλαιο) Πιο συγκεκριμένα, στην παρούσα έρευνα κάναμε μελέτη μιας δομικής ρητίνης, η οποία χρησιμοποιείται σε κατασκευές και μικρο-κατασκευές (π.χ. αεροναυπηγικές κατασκευές) αλλά δεν στερείται και διακοσμητικής χρήσης. Η μελέτη ξεκίνησε στην Σπουδαστική Διατριβή με την παραγωγή της ρητίνης και εν συνεχεία έγινε μελέτη της αντοχής της σε εφελκυσμό με δοκίμια καθαρής ρητίνης και της αντοχής της σε εφελκυσμό όταν ενισχύεται με τρία διαφορετικά ποσοστά νανοσωλήνων άνθρακα. Έπειτα, στα πλαίσια της Διπλωματικής Εργασίας έγινε πείραμα για το χαρακτηρισμό της ρητίνης ως μέσο σύνδεσης κατασκευών με κριτήριο την αντόχη σε διάτμηση της μονής επικάλυψης ρητίνης σε δοκίμια σύνθετου υλικού (CFRP) και σε δοκίμια αλουμινίου (2024-Τ3). Τέλος, έλαβε χώρα το πείραμα της υγροθερμικής γήρανσης της ρητίνης με στόχο τον χαρακτηρισμό των μηχανικών ιδοτήτων αυτής καθώς και την μελέτη της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης. Η διαφορά της με τις ρητίνες του εμπορίου είναι ότι η βάση της είναι βιολογική, δηλαδή η ρητίνη προέρχεται από επιχλωριδίνη και καρδανόλη και όχι από υδρογονάνθρακα όπως είναι το σύνηθες. Η επιχλωριδίνη παράγεται από την γλυκερίνη η οποία βρίσκεται καθαρή στην φύση ως ακατέργαστο υποπροϊόν υδρόλυσης λιπών και ελαίων, ενώ η καρδανόλη παράγεται από το ανακαρδικό οξύ το οποίο βρίσκουμε στο λάδι του φλοιού κάσιους. Στο πλαίσιο της μελέτης αυτής, έγινε αρχικά αναφορά στα στοιχεία θεωρίας των πολυμερών, στην ιστορική εξέλιξη τους, στην σύσταση και στα είδη τους και έπειτα περιγράφηκαν τα πειράματα. Στη διαδικασία των πειραμάτων έγινε προσπάθεια για τη βελτιστοποίηση της κάθε διεργασίας (δηλαδή από την παραγωγή εώς και την πειραματική διαδικασία). Επιπρόσθετα, στην προσπάθεια να βελτιστοποιήσουμε την αντοχή και τις μηχανικές ιδιότητες της κόλλας βιολογικής προέλευσης, επιχειρήσαμε να την ενισχύσουμε με κόκκους νανοσωλήνων άνθρακα (CNTs), και επαναλάβαμε το πείραμα για περιεκτικότηατα CNTs 0.5%, 1% και 2% κατά βάρος. Στην σύνδεση της ρητίνης σε κατασκευές σύνθετου υλικού και αλουμινίου εφαρμόστηκαν συγκεκριμένες διεργασίες προκειμένου να έχουμε σωστή εφαρμογή της ρητίνης στην διεπιφάνεια. Πιο συγκεκριμένα, στα δοκίμια αλουμινίου εφαρμόσαμε δύο διαφορετικές μορφές επεξεργασίας της επιφάνειας, την τράχυνση με γυαλόχαρτο και την χημική κατεργασία. Στα δοκίμια από σύνθετο υλικό πραγματοποιήθηκε μόνο η διαδικασία της τράχυνσης. Έπειτα, με στόχο να μελετήσουμε την ευελιξία της μηχανικής συμπεριφοράς της ρητίνης σε σχέση με τις συνθήκες περιβάλλοντος και την γήρανση, εφαρμόσαμε συνθήκες επιταχυνόμενης υγροθερμικής γήρανσης (70⁰C/85%RH) εώς το σημείο του κόρου. Για την διεξαγωγή των συμπερασμάτων έγινε η σχεδιάση της καμπύλης τάσης- παραμόρφωσης για κάθε δοκίμιο ξεχωριστά (5 δοκίμια απλής ρητίνης και 15 δοκίμια ενισχυμένα με τρία διαφορετικά ποσοστά CNTs) αλλά και η συνολική σύγκριση των δοκιμίων της κάθε ομάδας μεταξύ τους καθώς και η σύγκριση της καθαρής κόλλας και με μια ρητίνη του εμπορίου (ΕΑ9696). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ρητίνη έχει μέτρο ελαστικότητας 1.85 GPa, αντοχή σε εφελκυσμό 60.6 MΡa και θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης 65.1⁰C. Έπιπλέον, η αντοχή σε διάτμηση της κόλλας στη σύνδεση με αλουμίνιο είναι 6.35 MPa για την επιφανειακή κατεργασία τράχυνσης και 13.64 MPa για την επιφανειακή χημική κατεργασία. Η αντοχή διάτμησης της ρητίνης για τη σύνδεση με σύνθετο υλικό είναι 22.27 MPa. Η υγροθερμική γήρανση προκάλεσε μείωση του μέτρου ελαστικότητας, της αντοχής σε εφελκυσμό, του συντελεστή έντασης τάσης και της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης της κόλλας κατά 13%, 35%, 3.2% και 13.8%, αντίστοιχα. Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι η ρητίνη είναι αρκετά επιρρεπής στην περιβαλλοντική γήρανση. Παρολ’αυτά, η εφαρμογή της υγροθερμικής γήρανσης προκάλεσε αύξηση της αντοχής σε διάτμηση της ρητίνης τόσο για τη σύνδεση με το αλουμίνιο όσο και για τη σύνδεση με το σύνθετο υλικό.