Επίδραση των νανοσωματιδίων στις ιδιότητες απόσβεσης συνθέτων υλικών ενισχυμένων με φυσικές ίνες

• Main Author: Αγγελής, Χαράλαμπος
• Other Authors: Angelis, Charalampos
• Language: Greek
• Published: 2023
• Subjects: Απόσβεση; Νανοσωλήνες άνθρακα; Ίνες λιναριού; Δυναμική μηχανική ανάλυση; Συντελεστής απωλειών; Damping; Carbon nanotubes; Flax fibers; Dynamic mechanical analysis; Loss factor

Η ανάγκη για περισσότερη ανακύκλωση, για φιλικότητα προς το περιβάλλον, για μεγαλύτερη και ευκολότερη διαθεσιμότητα πρώτων υλών με την προϋπόθεση ότι δεν υποβαθμίζονται οι ιδιότητες των υλικών που παράγονται, οδήγησε τους επιστήμονες στην απόφαση να εξάγουν εκτεταμένη έρευνα με σκοπό την ανακάλυψη μιας νέας κατηγορίας συνθέτων υλικών. Πρόκειται για την κατηγορία των «πράσινων» συνθέτων υλικών, δηλαδή υλικών που η ενισχυτική φάση τους αποτελείται από φυσικές ίνες. Το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας προσελκύουν τα σύνθετα υλικά πολυμερικής μήτρας και ενίσχυσης από λινάρι. Η δυναμική τους συμπεριφορά, έπειτα από μελέτες που πραγματοποιήθηκαν τα τελευταία χρόνια φαίνεται ότι προσεγγίζει ή ακόμα, κάποιες φορές, είναι καλύτερη από αυτή των συνθέτων με ίνες γυαλιού (GFRPs). Σε τέτοιου είδους φυσικά σύνθετα υλικά, δίνεται η δυνατότητα ενίσχυσής τους με διάφορες νανοσωματίδια. Οι νανοσωλήνες άνθρακα λόγω των εξαιρετικών μηχανικών και θερμικών ιδιοτήτων τους αλλά και της μεγάλης ειδικής ελεύθερης επιφάνειας τους χρησιμοποιούνται ευρέως ως επιπλέον ενίσχυση ενός συνθέτου υλικού, με σκοπό την βελτίωση της απόσβεσης, μεταξύ άλλων ιδιοτήτων του. Επιπλέον, ένας άλλος τύπος νανοσωματιδίων που χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση των ιδιοτήτων απόσβεσης των συνθέτων είναι τα πολυστρωματικά γραφένια. Συγκεκριμένα, υποστηρίζεται η δισδιάστατη γεωμετρία τους υπερτερεί σε σύγκριση με τη μονοδιάστατη γεωμετρία των νανοσωλήνων άνθρακα ως προς την βελτίωση των εν λόγω ιδιοτήτων. Στην παρούσα διπλωματική εργασία στόχος ήταν να μελετηθεί η απόσβεση νανοενισχυμένων και μη θερμοπλαστικών υλικών, καθώς και φυσικών συνθέτων υλικών. Παρασκευάστηκαν, αρχικά, δοκίμια πολυμερούς Υψηλής Πυκνότητας Πολυαιθυλενίου (HDPE) και νανοενισχυμένα πολυμερή HDPE με 0.5% και 1% wt. περιεκτικότητα σε νανοσωλήνες άνθρακα, με την τεχνική Εξώθυσης (Injection Molding. Στη συνέχεια, τα παραπάνω υλικά χρησιμοποιήθηκαν σε μορφή πέλετ για την ανάπτυξη νανοτροποποιημένων και μη θερμοπλαστικών φιλμ. Επιπλέον, για την παρασκευή νανοτροποποιημένων φιλμ χρησιμοποιήθηκαν εμπορικώς διαθέσιμα πέλετ HDPE ενισχυμένα με πολυστρωματικά γραφένια με περιεκτικότητα 0.8% wt. Τα αναπτυχθέντα φιλμ χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή πολύστρωτων θερμοπλαστικών συνθέτων ενισχυμένων με ίνες γυαλιού αλλά και λιναριού. Από τις πολύστρωτες προέκυψαν τα απαιτούμενα δοκίμια για τη διεξαγωγή πειραμάτων Δυναμικής Μηχανικής Ανάλυσης (DMA), μέσω της οποίας προσδιορίστηκε η απόσβεση μέσω υπολογισμού του Συντελεστή Απωλειών tanδ. Τέλος, έγινε ανάλυση και σύγκριση των αποτελεσμάτων ώστε να διαπιστωθεί η επιρροή των επιμέρους υλικών στην απόσβεση του κάθε συνθέτου. Ειδικότερα, η προσθήκη των νανοσωματιδίων στο πολυμερές δεν βελτίωσε ιδιαίτερα την απόσβεση. Ο συντελεστής απωλειών, από την άλλη, για το σύνθετο με ενίσχυση λιναριού εμφάνισε αύξηση της τάξης του 24.1% σε σχέση με εκείνον του συνθέτου με ενίσχυση γυαλιού. Τέλος, η νανοενίσχυση γραφενίου ήταν αυτή που βελτίωσε την απόσβεση σε μεγαλύτερο βαθμό σε σχέση με τις υπόλοιπες νανοενισχύσεις. Προτάθηκαν ορισμένα μελλοντικά αντικείμενα μελέτης για εξέλιξη και βελτίωση των εν λόγω απoτελεσμάτων.