Κατασκευή και χαρακτηρισμός σύνθετων υλικών με ίνες λιναριού με ενσωματωμένη τη δυνατότητα μέτρησης παραμόρφωσης
Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά στο πεδίο των σύνθετων υλικών (ΣΥ), και ειδικά στα ινώδη ΣΥ που ενισχύονται με ίνες λιναριού. Αρχικά, πραγματοποιείται μία γενική εισαγωγή στα ΣΥ, γίνεται κατηγοριοποίηση αυτών και σταχυολογούνται βασικές εφαρμογές τους. Εν συνεχεία, γίνεται εισαγωγή, με ιστορική...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2023
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/25899 |
| id |
nemertes-10889-25899 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ίνες λιναριού Σύνθετα υλικά Φυσικές ίνες Παραμόρφωση Νανοσωματίδια άνθρακα Έγχυση ρητίνης Eφελκυσμός Αισθητήρας παραμόρφωσης Flax fiber Composite materials Natural fibers Strain Carbon nanotubes Infusion Strain sensor |
| spellingShingle |
Ίνες λιναριού Σύνθετα υλικά Φυσικές ίνες Παραμόρφωση Νανοσωματίδια άνθρακα Έγχυση ρητίνης Eφελκυσμός Αισθητήρας παραμόρφωσης Flax fiber Composite materials Natural fibers Strain Carbon nanotubes Infusion Strain sensor Γαβαθάς, Προκόπιος Κατασκευή και χαρακτηρισμός σύνθετων υλικών με ίνες λιναριού με ενσωματωμένη τη δυνατότητα μέτρησης παραμόρφωσης |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά στο πεδίο των σύνθετων υλικών (ΣΥ), και ειδικά στα ινώδη ΣΥ που ενισχύονται με ίνες λιναριού. Αρχικά, πραγματοποιείται μία γενική εισαγωγή στα ΣΥ, γίνεται κατηγοριοποίηση αυτών και σταχυολογούνται βασικές εφαρμογές τους. Εν συνεχεία, γίνεται εισαγωγή, με ιστορική αναδρομή στο λινάρι, ενώ αναλύεται η μικρό-δομή και η χημική του σύσταση. Ακολούθως, γίνεται εκτενής αναφορά στα ινώδη ΣΥ ενισχυμένα με ίνες λιναριού, παρουσιάζονται οι μηχανικές τους ιδιότητες, και περιγράφονται τα βασικά μειονεκτήματα αυτών. Βασικότερο μειονέκτημα καθίσταται η μεγάλη απορροφητικότητα υγρασίας που επιφέρει υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων. Έπειτα, γίνεται αναφορά στις μηχανικές τους ιδιότητες καθώς και στο περιβαλλοντικό τους αποτύπωμα. Ταυτόχρονα, παρουσιάζεται η δυνατότητα κατασκευής τέτοιου τύπου ΣΥ με ενσωματωμένη την δυνατότητα μέτρησης παραμόρφωσης. Τέλος, γίνεται περιγραφή στη μέθοδο της ηλεκτροϊνοποίησης (ΗΙ) και στις παραμέτρους που την επηρεάζουν με σκοπό την κατασκευή αγώγιμων δομών για εφαρμογές μέτρησης παραμόρφωσης κατασκευών σε πιθανές καταπονήσεις.
Σε πρακτικό επίπεδο, στη παρούσα εργασία κατασκευάσθηκε πολύστρωτη πλάκα 8 στρώσεων από πανί λιναριού τύπου woven (πλεκτό) 0^ο/90^ο και μήτρα εποξειδικής ρητίνης με τη μέθοδο της έγχυσης ρητίνης (infusion). Σκοπός ήταν η κατασκευή ενός οικολογικού ΣΥ μιας και ο πολυμερισμός του έγινε σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, η διεξαγωγή πειραμάτων εφελκυσμού και η μέτρηση της παραμόρφωσης του ΣΥ κατά τη διάρκεια των πειραμάτων με χρήση αισθητήρων μέτρησης παραμόρφωσης. Αρχικά έγινε προσπάθεια ενσωμάτωσης των αισθητήρων αυτών μέσα στο ΣΥ πριν τον πολυμερισμό, αλλά αυτό αποδείχθηκε μη λειτουργικό. Οι αισθητήρες μέτρησης παραμόρφωσης (ινώδεις δομές) κατασκευάστηκαν στο εργαστήριο με την χρήση της ΗΙ και ύστερα από εμβάπτιση των δομών αυτών σε διάλυμα νανοσωματιδίων άνθρακα μονού τοιχώματος (Single-walled carbon nanotubes, SWCNTs). Μέσω των πειραμάτων εφελκυσμού, προσδιορίστηκαν οι μηχανικές ιδιότητες του ΣΥ με βάση το πρότυπο ASTM D3039/D 3039M-00 καθώς και η παραμόρφωση ύστερα από τοποθέτηση των αισθητήρων στο κέντρο των δοκιμίων. Σύμφωνα με τις ενδείξεις των αισθητήρων υπήρξε άριστη προσέγγιση των τιμών της παραμόρφωσης κατά την διεξαγωγή των πειραμάτων ύστερα από σύγκριση τους με τις τιμές της μηχανής εφελκυσμού. Σύμφωνα με αυτά τα αποτελέσματα, είναι ενθαρρυντική η χρήση τους σε εφαρμογές μέτρησης παραμόρφωσης σε κατασκευές. |
| author2 |
Gavathas, Prokopios |
| author_facet |
Gavathas, Prokopios Γαβαθάς, Προκόπιος |
| author |
Γαβαθάς, Προκόπιος |
| author_sort |
Γαβαθάς, Προκόπιος |
| title |
Κατασκευή και χαρακτηρισμός σύνθετων υλικών με ίνες λιναριού με ενσωματωμένη τη δυνατότητα μέτρησης παραμόρφωσης |
| title_short |
Κατασκευή και χαρακτηρισμός σύνθετων υλικών με ίνες λιναριού με ενσωματωμένη τη δυνατότητα μέτρησης παραμόρφωσης |
| title_full |
Κατασκευή και χαρακτηρισμός σύνθετων υλικών με ίνες λιναριού με ενσωματωμένη τη δυνατότητα μέτρησης παραμόρφωσης |
| title_fullStr |
Κατασκευή και χαρακτηρισμός σύνθετων υλικών με ίνες λιναριού με ενσωματωμένη τη δυνατότητα μέτρησης παραμόρφωσης |
| title_full_unstemmed |
Κατασκευή και χαρακτηρισμός σύνθετων υλικών με ίνες λιναριού με ενσωματωμένη τη δυνατότητα μέτρησης παραμόρφωσης |
| title_sort |
κατασκευή και χαρακτηρισμός σύνθετων υλικών με ίνες λιναριού με ενσωματωμένη τη δυνατότητα μέτρησης παραμόρφωσης |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/25899 |
| work_keys_str_mv |
AT gabathasprokopios kataskeuēkaicharaktērismossynthetōnylikōnmeineslinarioumeensōmatōmenētēdynatotētametrēsēsparamorphōsēs AT gabathasprokopios developmentandcharacterizationofflaxepoxycompositeswithstrainsensingcapabilities |
| _version_ |
1799945006036811776 |
| spelling |
nemertes-10889-258992023-10-14T04:03:34Z Κατασκευή και χαρακτηρισμός σύνθετων υλικών με ίνες λιναριού με ενσωματωμένη τη δυνατότητα μέτρησης παραμόρφωσης Development and characterization of flax/epoxy composites with strain sensing capabilities Γαβαθάς, Προκόπιος Gavathas, Prokopios Ίνες λιναριού Σύνθετα υλικά Φυσικές ίνες Παραμόρφωση Νανοσωματίδια άνθρακα Έγχυση ρητίνης Eφελκυσμός Αισθητήρας παραμόρφωσης Flax fiber Composite materials Natural fibers Strain Carbon nanotubes Infusion Strain sensor Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά στο πεδίο των σύνθετων υλικών (ΣΥ), και ειδικά στα ινώδη ΣΥ που ενισχύονται με ίνες λιναριού. Αρχικά, πραγματοποιείται μία γενική εισαγωγή στα ΣΥ, γίνεται κατηγοριοποίηση αυτών και σταχυολογούνται βασικές εφαρμογές τους. Εν συνεχεία, γίνεται εισαγωγή, με ιστορική αναδρομή στο λινάρι, ενώ αναλύεται η μικρό-δομή και η χημική του σύσταση. Ακολούθως, γίνεται εκτενής αναφορά στα ινώδη ΣΥ ενισχυμένα με ίνες λιναριού, παρουσιάζονται οι μηχανικές τους ιδιότητες, και περιγράφονται τα βασικά μειονεκτήματα αυτών. Βασικότερο μειονέκτημα καθίσταται η μεγάλη απορροφητικότητα υγρασίας που επιφέρει υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων. Έπειτα, γίνεται αναφορά στις μηχανικές τους ιδιότητες καθώς και στο περιβαλλοντικό τους αποτύπωμα. Ταυτόχρονα, παρουσιάζεται η δυνατότητα κατασκευής τέτοιου τύπου ΣΥ με ενσωματωμένη την δυνατότητα μέτρησης παραμόρφωσης. Τέλος, γίνεται περιγραφή στη μέθοδο της ηλεκτροϊνοποίησης (ΗΙ) και στις παραμέτρους που την επηρεάζουν με σκοπό την κατασκευή αγώγιμων δομών για εφαρμογές μέτρησης παραμόρφωσης κατασκευών σε πιθανές καταπονήσεις. Σε πρακτικό επίπεδο, στη παρούσα εργασία κατασκευάσθηκε πολύστρωτη πλάκα 8 στρώσεων από πανί λιναριού τύπου woven (πλεκτό) 0^ο/90^ο και μήτρα εποξειδικής ρητίνης με τη μέθοδο της έγχυσης ρητίνης (infusion). Σκοπός ήταν η κατασκευή ενός οικολογικού ΣΥ μιας και ο πολυμερισμός του έγινε σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, η διεξαγωγή πειραμάτων εφελκυσμού και η μέτρηση της παραμόρφωσης του ΣΥ κατά τη διάρκεια των πειραμάτων με χρήση αισθητήρων μέτρησης παραμόρφωσης. Αρχικά έγινε προσπάθεια ενσωμάτωσης των αισθητήρων αυτών μέσα στο ΣΥ πριν τον πολυμερισμό, αλλά αυτό αποδείχθηκε μη λειτουργικό. Οι αισθητήρες μέτρησης παραμόρφωσης (ινώδεις δομές) κατασκευάστηκαν στο εργαστήριο με την χρήση της ΗΙ και ύστερα από εμβάπτιση των δομών αυτών σε διάλυμα νανοσωματιδίων άνθρακα μονού τοιχώματος (Single-walled carbon nanotubes, SWCNTs). Μέσω των πειραμάτων εφελκυσμού, προσδιορίστηκαν οι μηχανικές ιδιότητες του ΣΥ με βάση το πρότυπο ASTM D3039/D 3039M-00 καθώς και η παραμόρφωση ύστερα από τοποθέτηση των αισθητήρων στο κέντρο των δοκιμίων. Σύμφωνα με τις ενδείξεις των αισθητήρων υπήρξε άριστη προσέγγιση των τιμών της παραμόρφωσης κατά την διεξαγωγή των πειραμάτων ύστερα από σύγκριση τους με τις τιμές της μηχανής εφελκυσμού. Σύμφωνα με αυτά τα αποτελέσματα, είναι ενθαρρυντική η χρήση τους σε εφαρμογές μέτρησης παραμόρφωσης σε κατασκευές. The present diploma thesis has focused on composite materials (CM) and more precisely on CM which are reinforced with ecofriendly flax fibers. Initially, a comprehensive literature review on CM has been performed by categorizing and by providing basic applications of them. Following that, a historical overview of the flax itself is provided, together with scientific description of its microstructure and the chemical composition. Subsequently, an extensive literature review on flax fiber reinforced CM is provided taking into consideration the mechanical properties which are fully affected by the moisture absorption, while the environmental footprint is described. In parallel, the fabrication of such materials having strain-sensing capability are described together with the introduction to the electrospinning process (EP) technique. EP is lately utilized for the fabrication of fibrous structures for strain-sensing applications. On practical level, in the current work a flax fiber reinforced composite material containing 8 layers of woven flax dry fabric 0^o/90^o and epoxy resin as matrix has been fabricated through the infusion process. The main goal of the work was the fabrication of an ecofriendly CM as the curing process took place at room temperature conditions. After fabrication, tensile tests were executed while during the tests the strain value was measured by using strain sensors. Initially, the first concept for these strain-sensors was to be integrated into the composite structure prior polymerization procedure, but this action was proved to be nonfunctional. The precise strain-sensors are electrospun fibrous structures which were fabricated in our laboratory by using the EP process and then immersion of them into suspension which contains single-walled carbon nano-tubes (SWCNTs). The tensile tests were conducted taking into consideration the ASTM D3039/D 3039M-00 standard. Based on this standard, the mechanical properties were determined while the strain values were recorded through the fabricated strain-sensors which were positioned onto the center of each CM. Based on the obtained results, the strain values arose from the strain-sensors are in good agreement with the recorded ones from the tensile machine. Taking into consideration of the obtained results, this approach can consider a viable solution for strain-sensing applications. 2023-10-13T07:16:27Z 2023-10-13T07:16:27Z 2023-10-13 https://hdl.handle.net/10889/25899 el Attribution 3.0 United States http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/ application/pdf |
