Πειραματική διερεύνηση πολυμερών βιολογικής βάσης ενισχυμένων με οξείδιο του γραφενίου
Loading...
Date
2023-10-19
Authors
Γαργάλα, Αικατερίνη
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Στην παρούσα διπλωματική εργασία διεξήχθη πειραματική διερεύνηση με σκοπό
την μελέτη της επίδρασης του οξειδίου του γραφενίου σε πολυμερή υλικά βιολογικής
βάσης.
Ως μητρωϊκό υλικό χρησιμοποιήθηκε ρητίνη βιολογικής βάσης με την ονομασία
EnviPOXY 530 και σκληρυντής CHS Hardener P11. Πρόκειται για ρητίνη από φυτικής
προέλευσης γλυκερίνη με υψηλά ποσοστά φιλικότητας προς το περιβάλλον. Ο
σκληρυντής είναι αλειφατική αμίνη που χρησιμοποιείται παγκοσμίως σε πολυμερή
υλικά κατά την διάρκεια του curing.
Το οξειδίου του γραφενίου (GO) αποτελεί συχνά μέσο νανοενίσχυσης σε
πολυμερικές μήτρες και μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές μεταβολές των μηχανικών
ιδιοτήτων. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε GO, το οποίο παρασκευάστηκε
εργαστηριακά με την τροποποιημένη μέθοδο Hummers (Tour Method). Όλα τα βήματα
κατά την σύνθεση του παρατίθενται στην επόμενη ενότητα.
Για την παρασκευή των πολυμερικών υλικών με την προσθήκη GO, μελετήθηκε η
επίδραση της παρουσίας ή όχι διαλύτη για την επίτευξη της βέλτιστης διασποράς
καθώς και στις μηχανικές ιδιότητες των δοκιμίων που παρασκευάστηκαν.
Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η συμπεριφορά των ενισχυμένων υλικών με GO σε
εφελκυσμό και δυσθραυστότητα (GIC,KIC). Μελετήθηκαν πέντε διαφορετικοί τύποι
υλικών. Οι πέντε πειραματικές σειρές που ελέγχθηκαν ήταν η αμιγής ρητίνη, η
ενισχυμένη με GO ρητίνη (χωρίς διαλύτη), η ενισχυμένη με GO ρητίνη (με διαλύτη
ακετόνης), η ενισχυμένη με GO ρητίνη (με διαλύτη THF) και η ενισχυμένη με τον
αρχικό γραφίτη ρητίνη.
Η σύνθεση όλων των πειραματικών σειρών έγινε ακριβώς με τον ίδιο τρόπο και τις
ίδιες συνθήκες. Πιο συγκεκριμένα, έγινε degassing της ρητίνης ώστε να μειωθεί το
ιξώδες της. Έπειτα εγχύθηκε το ενισχυτικό υλικό, στην περίπτωση του GO και του
γραφίτη απευθείας μέσα ενώ στην περίπτωση ύπαρξης διαλύτη είχε προηγηθεί το
στάδιο της ανάδευσης του διαλύτη με το GO για αρκετά λεπτά. Έπειτα, η ενισχυμένη
ρητίνη αναδεύτηκε για μια ώρα σε υψηλή θερμοκρασία για να εξατμιστεί ο εκάστοτε
διαλύτης και να μειωθεί περαιτέρω το ιξώδες της. Ακολούθησε ανάδευση υπό κενό με
αυξημένο αριθμό στροφών. Στη συνέχεια, προστέθηκε ο σκληρυντής, το μίγμα
αναδεύτηκε ελαφρά και υπέστη degassing για λίγα λεπτά. Τέλος, εγχύθηκε στα
καθαρισμένα καλούπια, έγινε το curing σε χαμηλή θερμοκρασία για 2 ώρες και την
επόμενη μέρα το post-curing για άλλες 2 ώρες σε υψηλή θερμοκρασία. Όλα τα δοκίμια
είχαν ποσοστό ενίσχυσης 0,5% κ.β..
Διενεργήθηκαν πειράματα εφελκυσμού για τον προσδιορισμό της εφελκυστικής
αντοχής και του μέτρου ελαστικότητας κατά την προδιαγραφή ASTM D638. Για τον
προσδιορισμό της ενέργειας παραμόρφωσης (GIC) και του συντελεστή έντασης τάσεων
(ΚIC) πραγματοποιήθηκαν πειράματα κάμψης τριών σημείων με ύπαρξη τεχνητής
ρωγμή σύμφωνα με το πρότυπο ASTM D5045.
Στα δείγματα των υλικών έγιναν αναλύσεις ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης
(SEM), φασματοσκοπική ανάλυση Raman και ανάλυση θερμοβαρυμετρίας (TGA) με
σκοπό τον προσδιορισμό της επιφανειακής μορφολογίας, της μικροδομής και της
θερμικής σταθερότητας των υλικών αντίστοιχα.
Εν κατακλείδι, από τα γραφήματα των πειραμάτων εφελκυσμού και
δυσθραυστότητας συνάγονται συμπεράσματα για την επίδραση τόσο της
νανοενίσχυσης όσο και του διαλύτη στις μηχανικές ιδιότητες. Ενώ από τα φάσματα
των αναλύσεων προκύπτει η χημική σύσταση των δειγμάτων και η χημική σύνδεση
μεταξύ μήτρας και νανοσωματιδίων GO.
Description
Keywords
Πολυμερή βιολογικής βάσης, Οξείδιο του γραφενίου, Γραφίτης, Παρασκευή νανοσύνθετων υλικών, Διαλύτες, Μηχανικές ιδιότητες υλικών