Πολυμερικά υλικά με ιδιότητες αυτο-ίασης (self-healing materials) : Παραγωγή και ιδιότητες

• Κύριος συγγραφέας: Ορφανουδάκης, Επαμεινώνδας
• Άλλοι συγγραφείς: Γαλιώτης, Κωνσταντίνος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2014
• Θέματα: Πολυμερή αυτο-ίασης; Ίαση; Self-healing polymers; Self-recovered materials; 547.7

Τα δομικά πολυμερή είναι ευαίσθητα σε βλάβες με τη μορφή των ρωγμών, οι οποίες σχηματίζονται βαθιά μέσα στη δομή τους, όπου η ανίχνευση είναι δύσκολη και η επισκευή είναι σχεδόν αδύνατη. Το σπάσιμο οδηγεί σε μηχανική υποβάθμιση των ενισχυμένων με ίνες πολυμερικών σύνθετων υλικών. Στα μικρο-ηλεκτρονικά πολυμερή μπορεί επίσης να οδηγήσει σε ηλεκτρολογική βλάβη. Η ζημία εμφανίζεται σχεδόν σε κάθε σύνθετο υλικό σε μορφή μικρο-ρωγμών που αναπτύσσονται στη εποξειδική μήτρα η οποία δεσμεύει τις ίνες μαζί. Οι μικρο-ρωγμές προκαλούνται από τη θερμική και μηχανική καταπόνηση και είναι ένα μακροχρόνιο πρόβλημα στα εποξειδικά πολυμερή. Ένα in-situ σύστημα αυτόνομης ίασης, με ενσωματωμένες μικρο-κάψουλες και έναν καταλύτη ώστε να προκαλέσει μια αντίδραση μεταθέσεως με άνοιγμα δακτυλίου (ROMP), μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια προσπάθεια να δεσμεύσει ξανά τις μικρο-ρωγμές. Ανεξάρτητα από την εφαρμογή, αφού έχουν σχηματιστεί ρωγμές εντός πολυμερικών υλικών, η ακεραιότητα της δομής τους είναι σημαντικά μειωμένη. Σε αυτή τη διατριβή γίνεται μελέτη για τη θεραπεία των ζημιών λόγο αποκόλλησης σε εποξειδικά σύνθετα υλικά ενισχυμένα με υφάσματα ινών. Μελετώνται δύο τύποι διαδικασίας επούλωσης. Στον πρώτο, ένα καταλυμένο μονομερές χειροκίνητα εγχέεται στην περιοχή θραύσης λόγω αποφλοίωσης. Στον δεύτερο, περιγράφεται ένα πλήρως ολοκληρωμένο in situ σύστημα με ενσωματωμένες μικρο-κάψουλες και τον καταλύτη τους. Για το πρώτο σύστημα, ελέγχθηκαν δείγματα δοκού διπλής άρθρωσης (DCB) για να μελετηθεί η επούλωση της αποελασματοποίησης σε σύνθετα συγκρίνοντας την ανθεκτικότητα του παρθένου δείγματος με τη σκληρότητα του ίδιου δείγματος μετά την πλήρης επούλωση. Ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) και Φασματοσκοπία Raman χρησιμοποιούνται για την ανάλυση των επιφανειών θραύσης, ώστε να παρουσιαστούν τα φυσικά στοιχεία της επισκευής. Στη συνέχεια, περιγράφεται η ανάπτυξη ενός πολυμερικής μήτρας σύνθετου υλικού που έχει την ικανότητα να θεραπεύει ρωγμές αυτόματα. Το σύστημα χρησιμοποιεί έναν παράγοντα επισκευής μονομερούς, δικυκλοπενταδιένιο (DCPD), το οποίο είναι αποθηκευμένο σε μικρο-κάψουλες οι οποίες περιέχουν τον υγρό παράγοντα επισκευής, διεσπαρμένες στην εποξειδική μήτρα. Όταν το υλικό έχει υποστεί βλάβη, ρωγμές διαδίδονται μέσω του υλικού σπάζοντας τις μικρο-κάψουλες, απελευθερώνοντας τον παράγοντα επισκευής εντός του επιπέδου της ρωγμής. Τέλος, ο παράγοντας DCPD επισκευής στερεοποιείται με πολυμερισμό μεταθέσεως με άνοιγμα δακτυλίου (ROMP) όταν έρχεται σε επαφή με ένα, με βάση το ρουθήνιο, καταλύτη (Grubbs), ο οποίος διασπείρεται και αυτός εντός της μήτρας. Η διαδικασία με την οποία παρασκευάζονται οι μικρο-κάψουλες γεμάτες με DCPD και οι διάφορες τεχνικές όπως οπτική μικροσκοπία, ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC), θερμική βαρυμετρική ανάλυση (TGA) και δυναμική μηχανική ανάλυση (DMA) που χρησιμοποιήθηκαν για το χαρακτηρισμό των μικρο-κάψουλων συζητούνται σε αυτήν την εργασία.