Θραυστομηχανικές ιδιότητες πολυμερών ενισχυμένων με νανοσωματίδια άνθρακα
Loading...
Date
2025-07-15
Authors
Αναστασόπουλος, Γεράσιμος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η χρήση νανο-σωματιδίων ως ενισχυτική φάση της μήτρας πολυμερών υλικών οδηγεί σε Σύνθετα Υλικά με ενίσχυση πολλαπλής κλίμακας. Η ενίσχυση στη νανο-κλίμακα βελτιώνει τη θραυστο-μηχανική συμπεριφορά των σύνθετων υλικών εισάγοντας συμπληρωματικούς μηχανισμούς απορρόφησης ενέργειας κατά τη θραύση, προσδίδοντας βελτιωμένη ανοχή στη βλάβη.
Στην παρούσα εργασία μελετώνται οι θραυστομηχανικές ιδιότητες πολυμερούς υλικού ενισχυμένου με νανοσωματίδια άνθρακα, και συγκεκριμένα με μονοφλοιϊκούς νανοσωλήνες άνθρακα (SWCNTs). Σκοπός της μελέτης είναι η αξιολόγηση της επίδρασης των νανοσωλήνων στη μηχανική συμπεριφορά και την αντοχή του πολυμερούς έναντι της θραύσης. Στο πλαίσιο της μελέτης πραγματοποιήθηκαν τρεις ανεξάρτητες σειρές πειραμάτων. Στις δύο πρώτες, εφαρμόστηκε η μέθοδος διασποράς των SWCNTs μέσω dissolver, ενώ στην τρίτη η διασπορά των SWCNTs έγινε με τη μέθοδο της καλάνδρας για την ενσωμάτωσή τους στο πολυμερές. Σε όλες τις περιπτώσεις, εξετάστηκαν περιεκτικότητες 0,3% και 0,5% κ.β. SWCNTs. Για τον προσδιορισμό της αντοχής στη θραύση χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος SENB (Single-Edge Notch Bending) σύμφωνα με το πρότυπο ASTM D5045, με στόχο τον υπολογισμό του κρίσιμου συντελεστή συγκέντρωσης τάσης (KIC). Τα αποτελέσματα ανέδειξαν τη θετική επίδραση των SWCNTs στη βελτίωση της αντοχής στη θραύση, κυρίως για χαμηλές περιεκτικότητες (0,3% κ.β.) και στις δύο τεχνικές ενσωμάτωσης. Ωστόσο, σε υψηλότερες περιεκτικότητες (0,5% κ.β.), η μέθοδος διασποράς μέσω dissolver παρουσίασε περιορισμούς, πιθανώς λόγω σχηματισμού συσσωματωμάτων νανοσωλήνων, τα οποία λειτουργούν ως αδύνατα σημεία στο υλικό. Αντίθετα, η μέθοδος της καλάνδρας επέτρεψε την αποτελεσματική διασπορά των SWCNTs, ακόμη και στη συγκέντρωση 0,5% κ.β., οδηγώντας σε σημαντική αύξηση της αντοχής στη θραύση, όπως αποτυπώθηκε από την τιμή του KIC.
Η εργασία επιβεβαιώνει ότι η επιτυχής ενίσχυση πολυμερών με SWCNTs εξαρτάται όχι μόνο από την περιεκτικότητα σε νανο-σωλήνες, αλλά και από τη μέθοδο ενσωμάτωσης, καθώς και από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των νανοσωματιδίων, όπως η ειδική επιφάνεια και ο λόγος διαστάσεων.
Description
Keywords
Πολυμερή, Νανοσωλήνες άνθρακα, θραυστομηχανικά