Ανάπτυξη διασταυρωμένων πολυμερών με ικανότητα ανακύκλωσης για εφαρμογή σε ινώδη σύνθετα υλικά
Loading...
Date
2025-02-28
Authors
Ξυδιάς, Κωνσταντίνος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα διπλωματική εργασία ερευνά την ανάπτυξη, τον χαρακτηρισμό και τις πιθανές εφαρμογές των Συνθέτων Υλικών Ενισχυμένων με Ίνες Άνθρακα και Μήτρα Vitrimer (CFRV), μιας νέας κατηγορίας υλικών που είναι ανακυκλώσιμα και επαναεπεξεργάσιμα. Τα vitrimers, ένα είδος πολυμερούς με δυναμικούς ομοιοπολικούς δεσμούς, επιτρέπουν τη δημιουργία συνθέτων που συνδυάζουν τις υψηλές μηχανικές ιδιότητες των παραδοσιακών θερμοσκληρυνόμενων πολυμερών με την ανακυκλωσιμότητα των θερμοπλαστικών. Η μελέτη επικεντρώνεται στη σύγκριση των μηχανικών ιδιοτήτων των CFRV με τα συμβατικά Σύνθετα Υλικά Ενισχυμένα με Ίνες Άνθρακα και Μήτρα Εποξειδικής Ρητίνης (CFRP), με στόχο να αποδείξει την ικανότητα των vitrimer-based συνθέτων να χρησιμοποιηθούν ως βιώσιμες εναλλακτικές λύσεις σε δομικές εφαρμογές. Το θεωρητικό μέρος της εργασίας παρέχει μια εμπεριστατωμένη επισκόπηση των σύνθετων υλικών, τονίζοντας την ταξινόμησή τους με βάση τον τύπο ενίσχυσης (ινώδη, σωματιδιακά και δομικά σύνθετα) και τον τύπο μήτρας (κεραμικά, μεταλλικά και πολυμερή). Επίσης, διερευνά τη χημεία των vitrimers, αναδεικνύοντας τα μοναδικά δυναμικά ομοιοπολικά δίκτυά τους, τα οποία επιτρέπουν την επαναεπεξεργασία, την αυτοθεραπεία και την ανακύκλωση χωρίς υποβάθμιση της μηχανικής ακεραιότητας. Η μήτρα vitrimer που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη βασίζεται στην εποξειδική ρητίνη Vitrimax και έναν σκληρυντή ιμίνης, ο οποίος υφίσταται αντιστρεπτικές αντιδράσεις ανταλλαγής σε υψηλές θερμοκρασίες. Το πειραματικό μέρος περιλαμβάνει την κατασκευή των CFRV και CFRP συνθέτων με χρήση προεμποτισμένων ινών (prepregs). Τα CFRV prepregs παρασκευάστηκαν με εμπότιση ινών άνθρακα με τη ρητίνη vitrimer, ακολουθούμενη από σκλήρυνση σε αυτόκλειστο φούρνο. Οι μηχανικές δοκιμές, συμπεριλαμβανομένης της κάμψης τριών σημείων (ASTM D7264) και της διαστρωματικής διάτμησης (ASTM D2344), αποκάλυψαν ότι τα CFRV ξεπέρασαν τα CFRP σε αντοχή κάμψης (22,68% υψηλότερη), μέτρο ελαστικότητας (6,7% υψηλότερο) και διαστρωματική αντοχή διάτμησης (1,72% υψηλότερη). Επιπλέον, τα CFRV επέδειξαν εξαιρετική αναδιαμόρφωση σχήματος στους 130°C και ανακυκλωσιμότητα μέσω διάλυσης σε διάλυμα βουτυλαμίνης/ξυλολίου, επιτρέποντας την ανάκτηση των ινών άνθρακα. Η μελέτη συμπεραίνει ότι τα CFRV συνθέτων προσφέρουν μια βιώσιμη και υψηλής απόδοσης εναλλακτική στα παραδοσιακά CFRP, με τα επιπλέον πλεονεκτήματα της ανακυκλωσιμότητας και της επαναεπεξεργασίας. Τα ευρήματα αυτά ανοίγουν το δρόμο για την υιοθέτηση των vitrimer-based συνθέτων σε βιομηχανίες που απαιτούν ελαφριά, ανθεκτικά και φιλικά προς το περιβάλλον υλικά, όπως η αυτοκινητοβιομηχανία και η βιομηχανία των
σπορ.
Description
Keywords
Βιτριμερή, Δυναμικά ομοιπολικά δίκτυα, Σύνθετα υλικά