Μελέτη μηχανικής συμπεριφοράς πολύ-λειτουργικής κόλλας σε συνθήκες στατικής και δυναμικής καταπόνησης
Είναι ευρέως γνωστό πως ένας από τους πιο διαδεδομένους τρόπους σύνδεσης συνθέτων υλικών είναι με τη χρήση συγκολλητικών ουσιών. Στη βιομηχανία χρησιμοποιούνται πλέον όλο και περισσότερο οι θερμοπλαστικές συγκολλητικές ουσίες λόγω της στροφής που έχει πραγματοποιηθεί στις πράσινες λύσεις και της δυ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/23291 |
| id |
nemertes-10889-23291 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Θερμοπλαστικές κόλλες Στατική καταπόνηση Δυναμική καταπόνηση Ηλεκτρική αγωγιμότητα Θερμική αγωγιμότητα Νανοσωματίδια Thermoplastic adhesives Static loading Dynamic loading Electrical conductivity Thermal conductivity Nanoparticles |
| spellingShingle |
Θερμοπλαστικές κόλλες Στατική καταπόνηση Δυναμική καταπόνηση Ηλεκτρική αγωγιμότητα Θερμική αγωγιμότητα Νανοσωματίδια Thermoplastic adhesives Static loading Dynamic loading Electrical conductivity Thermal conductivity Nanoparticles Βογιαντζή, Χριστίνα Μελέτη μηχανικής συμπεριφοράς πολύ-λειτουργικής κόλλας σε συνθήκες στατικής και δυναμικής καταπόνησης |
| description |
Είναι ευρέως γνωστό πως ένας από τους πιο διαδεδομένους τρόπους σύνδεσης συνθέτων υλικών είναι με τη χρήση συγκολλητικών ουσιών. Στη βιομηχανία χρησιμοποιούνται πλέον
όλο και περισσότερο οι θερμοπλαστικές συγκολλητικές ουσίες λόγω της στροφής που έχει πραγματοποιηθεί στις πράσινες λύσεις και της δυνατότητας τους να ανακυκλώνονται.
Αποτελούν μια από τις σημαντικότερες κατηγορίες συγκολλητικών ουσιών παρόλο που παρουσιάζουν μονωτική συμπεριφορά , γεγονός το οποίο περιορίζει τη χρήση τους σε
διάφορες εφαρμογές . Προκειμένου τα εν λόγω υλικά να βρίσκουν εφαρμογή σε διάφορους τομείς (αεροδιαστημική , αεροναυπηγική κλπ ) απαιτείται η αύξηση της ηλεκτρικής και της
θερμικής τους αγωγιμότητας και η ταυτόχρονη όσο το δυνατόν μπορεί να επιτευχθεί βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων τους. Ένας από τους βασικούς τρόπους που αναφέρει η
βιβλιογραφία είναι η ενίσχυση των υλικών με τη χρήση αγώγιμων νανοσωματιδίων και κυρίως άνθρακα. Αρχική ιδέα και σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η ανάπτυξη της πολύ λειτουργικότητας μιας θερμοπλαστικής κόλλας και η μελέτη της μηχανικής της συμπεριφοράς. Αναπτύχθηκαν δύο ειδών κόλλας: κανονική και νανο-ενισχυμένη. Για την παρασκευή των νανο-ενισχυμένων υλικών χρησιμοποιήθηκαν δύο είδη εγκλεισμάτων: τα πολυστρωματικά γραφένια (GNPs) σε περιεκτικότητα 10%wt και οι πολυφλοιϊκοί νανοσωλήνες άνθρακα (MWCNTs) σε περιεκτικότητα 10% wt . Τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν είχαν τη μορφή pellets και ήταν αναγκαία η μετατροπή του μεγέθους τους από την κλίμακα των χιλιοστών στη μικροκλίμακα και πιο συγκεκριμένα σε μορφή σκόνης μέσω κονιορτοποίησης. Έπειτα, πραγματοποιήθηκε η παρασκευή δοκιμίων με τη χρήση εξωθητή καθώς και η παρασκευή θερμοπλαστικών φιλμ κόλλας, τα οποία μορφοποιήθηκαν μέσω θερμοπρέσσας, και η χρήση τους ως μέσο σύνδεσης των επιφανειών (12 στρώσεις μονοδιεύθυντου προεμποτισμένου υφάσματος από ίνες άνθρακα). Για τον χαρακτηρισμό των αναπτυχθέντων υλικών πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις της θερμικής και ηλεκτρικής αγωγιμότητας και έπειτα ακολούθησαν δοκιμές προσδιορισμού του κρίσιμου ρυθμού απελευθέρωσης ενέργειας παραμόρφωσης (ASTM D5528-01) και δοκιμές προσδιορισμού της διάρκειας ζωής σε κόπωση (ASTM D6115-97). Η εισαγωγή των νανοσωματιδίων προκάλεσε σημαντικές αυξήσεις στην ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα. Οι νανοσωλήνες άνθρακα σε περιεκτικότητα 10%wt παρουσίασαν την μεγαλύτερη αύξηση, 58%, στην θερμική αγωγιμότητα καθώς και την μεγαλύτερη αύξηση, δέκα τάξεις μεγέθους στην ηλεκτρική αγωγιμότητα του υλικού. Επομένως, οι νανοσωλήνες άνθρακα συνέβαλαν στην ενίσχυση της πολύ-λειτουργικότητας της θερμοπλαστικής κόλλας. Τέλος , παρατηρήθηκε ότι τα πολυστρωματικά γραφένια αύξησαν οριακά τον κρίσιμο ρυθμό απελευθέρωσης ενέργειας παραμόρφωσης (5%) κατά την στατική καταπόνηση ενώ σε αντίθεση οι νανοσωλήνες άνθρακα κατά τη δυναμική καταπόνηση παρουσίασαν αύξηση της διάρκειας ζωής σε κόπωση της τάξεως του 11%.Αναγκαία είναι η πραγματοποίηση επιπλέον μηχανικών δοκιμών σε περισσότερα δείγματα, όπως απαιτούν και τα πρότυπα, για την ασφαλέστερη ερμηνεία των αποτελεσμάτων καθώς υπήρχε αρκετά μεγάλη τυπική απόκλιση μεταξύ των τιμών των αποτελεσμάτων. |
| author2 |
Vogiantzi, Christina |
| author_facet |
Vogiantzi, Christina Βογιαντζή, Χριστίνα |
| author |
Βογιαντζή, Χριστίνα |
| author_sort |
Βογιαντζή, Χριστίνα |
| title |
Μελέτη μηχανικής συμπεριφοράς πολύ-λειτουργικής κόλλας σε συνθήκες στατικής και δυναμικής καταπόνησης |
| title_short |
Μελέτη μηχανικής συμπεριφοράς πολύ-λειτουργικής κόλλας σε συνθήκες στατικής και δυναμικής καταπόνησης |
| title_full |
Μελέτη μηχανικής συμπεριφοράς πολύ-λειτουργικής κόλλας σε συνθήκες στατικής και δυναμικής καταπόνησης |
| title_fullStr |
Μελέτη μηχανικής συμπεριφοράς πολύ-λειτουργικής κόλλας σε συνθήκες στατικής και δυναμικής καταπόνησης |
| title_full_unstemmed |
Μελέτη μηχανικής συμπεριφοράς πολύ-λειτουργικής κόλλας σε συνθήκες στατικής και δυναμικής καταπόνησης |
| title_sort |
μελέτη μηχανικής συμπεριφοράς πολύ-λειτουργικής κόλλας σε συνθήκες στατικής και δυναμικής καταπόνησης |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/23291 |
| work_keys_str_mv |
AT bogiantzēchristina meletēmēchanikēssymperiphoraspolyleitourgikēskollassesynthēkesstatikēskaidynamikēskataponēsēs AT bogiantzēchristina onthemechanicalbehaviorofamultifunctionaladhesiveunderstaticanddynamicloading |
| _version_ |
1799945007462875136 |
| spelling |
nemertes-10889-232912022-09-24T06:24:46Z Μελέτη μηχανικής συμπεριφοράς πολύ-λειτουργικής κόλλας σε συνθήκες στατικής και δυναμικής καταπόνησης On the mechanical behavior of a multi-functional adhesive under static and dynamic loading Βογιαντζή, Χριστίνα Vogiantzi, Christina Θερμοπλαστικές κόλλες Στατική καταπόνηση Δυναμική καταπόνηση Ηλεκτρική αγωγιμότητα Θερμική αγωγιμότητα Νανοσωματίδια Thermoplastic adhesives Static loading Dynamic loading Electrical conductivity Thermal conductivity Nanoparticles Είναι ευρέως γνωστό πως ένας από τους πιο διαδεδομένους τρόπους σύνδεσης συνθέτων υλικών είναι με τη χρήση συγκολλητικών ουσιών. Στη βιομηχανία χρησιμοποιούνται πλέον όλο και περισσότερο οι θερμοπλαστικές συγκολλητικές ουσίες λόγω της στροφής που έχει πραγματοποιηθεί στις πράσινες λύσεις και της δυνατότητας τους να ανακυκλώνονται. Αποτελούν μια από τις σημαντικότερες κατηγορίες συγκολλητικών ουσιών παρόλο που παρουσιάζουν μονωτική συμπεριφορά , γεγονός το οποίο περιορίζει τη χρήση τους σε διάφορες εφαρμογές . Προκειμένου τα εν λόγω υλικά να βρίσκουν εφαρμογή σε διάφορους τομείς (αεροδιαστημική , αεροναυπηγική κλπ ) απαιτείται η αύξηση της ηλεκτρικής και της θερμικής τους αγωγιμότητας και η ταυτόχρονη όσο το δυνατόν μπορεί να επιτευχθεί βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων τους. Ένας από τους βασικούς τρόπους που αναφέρει η βιβλιογραφία είναι η ενίσχυση των υλικών με τη χρήση αγώγιμων νανοσωματιδίων και κυρίως άνθρακα. Αρχική ιδέα και σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η ανάπτυξη της πολύ λειτουργικότητας μιας θερμοπλαστικής κόλλας και η μελέτη της μηχανικής της συμπεριφοράς. Αναπτύχθηκαν δύο ειδών κόλλας: κανονική και νανο-ενισχυμένη. Για την παρασκευή των νανο-ενισχυμένων υλικών χρησιμοποιήθηκαν δύο είδη εγκλεισμάτων: τα πολυστρωματικά γραφένια (GNPs) σε περιεκτικότητα 10%wt και οι πολυφλοιϊκοί νανοσωλήνες άνθρακα (MWCNTs) σε περιεκτικότητα 10% wt . Τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν είχαν τη μορφή pellets και ήταν αναγκαία η μετατροπή του μεγέθους τους από την κλίμακα των χιλιοστών στη μικροκλίμακα και πιο συγκεκριμένα σε μορφή σκόνης μέσω κονιορτοποίησης. Έπειτα, πραγματοποιήθηκε η παρασκευή δοκιμίων με τη χρήση εξωθητή καθώς και η παρασκευή θερμοπλαστικών φιλμ κόλλας, τα οποία μορφοποιήθηκαν μέσω θερμοπρέσσας, και η χρήση τους ως μέσο σύνδεσης των επιφανειών (12 στρώσεις μονοδιεύθυντου προεμποτισμένου υφάσματος από ίνες άνθρακα). Για τον χαρακτηρισμό των αναπτυχθέντων υλικών πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις της θερμικής και ηλεκτρικής αγωγιμότητας και έπειτα ακολούθησαν δοκιμές προσδιορισμού του κρίσιμου ρυθμού απελευθέρωσης ενέργειας παραμόρφωσης (ASTM D5528-01) και δοκιμές προσδιορισμού της διάρκειας ζωής σε κόπωση (ASTM D6115-97). Η εισαγωγή των νανοσωματιδίων προκάλεσε σημαντικές αυξήσεις στην ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα. Οι νανοσωλήνες άνθρακα σε περιεκτικότητα 10%wt παρουσίασαν την μεγαλύτερη αύξηση, 58%, στην θερμική αγωγιμότητα καθώς και την μεγαλύτερη αύξηση, δέκα τάξεις μεγέθους στην ηλεκτρική αγωγιμότητα του υλικού. Επομένως, οι νανοσωλήνες άνθρακα συνέβαλαν στην ενίσχυση της πολύ-λειτουργικότητας της θερμοπλαστικής κόλλας. Τέλος , παρατηρήθηκε ότι τα πολυστρωματικά γραφένια αύξησαν οριακά τον κρίσιμο ρυθμό απελευθέρωσης ενέργειας παραμόρφωσης (5%) κατά την στατική καταπόνηση ενώ σε αντίθεση οι νανοσωλήνες άνθρακα κατά τη δυναμική καταπόνηση παρουσίασαν αύξηση της διάρκειας ζωής σε κόπωση της τάξεως του 11%.Αναγκαία είναι η πραγματοποίηση επιπλέον μηχανικών δοκιμών σε περισσότερα δείγματα, όπως απαιτούν και τα πρότυπα, για την ασφαλέστερη ερμηνεία των αποτελεσμάτων καθώς υπήρχε αρκετά μεγάλη τυπική απόκλιση μεταξύ των τιμών των αποτελεσμάτων. It is widely known that one of the most widespread ways to bond composite materials is by using adhesives. Thermoplastic adhesives are used more and more now in industry due to their ability to be recycled. They are one of the most important categories of structural adhesives although they exhibit insulating behavior, which limits their use in various applications. In order to be applied in various sectors (aerospace, aeronautics, etc.) it is necessary to increase their electrical and thermal conductivity and at the same time to improve their mechanical properties as much as possible. One of the main ways mentioned in the bibliography is to reinforce these materials by using conductive nanoparticles and mainly carbon. The idea and the purpose of the present thesis was to develop the multi-functionality of a thermoplastic adhesive and to study its mechanical behavior. Two types of adhesives have been developed: normal and nano-reinforced. Two types of nanoparticles were used to prepare the nano reinforced materials: multilayer graphene (GNPs) in content of 10% wt and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) in content of 10% wt. The materials used were in the form of pellets and it was necessary to convert their size from the scale of millimeters to the micro scale and more specifically in the form of powder through pulverization. Then, the preparation of samples was carried out using an extruder as well as the preparation of thermoplastic adhesive films, which were shaped through a heat press, and their use as a mean of connecting the surfaces (12 layers of unidirectional pre-impregnated carbon fiber fabric). Afterward, thermal and electrical conductivity measurements were performed to characterize the developed materials, followed by tests to determine the critical strain energy release rate (ASTM D5528- 01) and fatigue life tests (ASTM D6115-97). The introduction of nanoparticles caused significant increases in electrical and thermal conductivity. Carbon nanotubes at a content of 10%wt showed the most significant increase, 58%, in thermal conductivity as well as the largest increase, ten orders of magnitude, in the electrical conductivity of the material. Therefore, carbon nanotubes contributed to the enhancement of multi-functionality in the thermoplastic adhesive. Finally, it was observed that the multilayer graphene nanoplatelets marginally increased the critical strain energy release rate (5%) during static loading, while in contrast carbon nanotubes during dynamic strain showed an increase in fatigue life of the order of 11%. It is necessary to carry out additional mechanical tests on more samples, as required by the standards, for safer interpretation of the results as there was a large standard deviation in the results. 2022-09-23T06:01:06Z 2022-09-23T06:01:06Z 2022-09-21 https://hdl.handle.net/10889/23291 el Attribution 3.0 United States http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/ application/pdf |
