Μηχανική συμπεριφορά αυτοεπουλωμένων υλικών

Thumbnail Image
Date
Authors
Λουκόπουλος, Ανδρέας
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η μηχανική συμπεριφορά και η ικανότητα επούλωσης αυτοεπουλώμενων υλικών με μικροκάψουλες. Στα υλικά αυτά, οι μικροκάψουλες βρίσκονται μέσα στη μήτρα και περιέχουν τον παράγοντα επούλωσης. Καθώς η ρωγμή διαδίδεται στο υλικό και συναντά τις μικροκάψουλες, αυτές σπάνε με αποτέλεσμα να διαχέεται ο παράγοντας επούλωσης. Στη συνέχεια ο παράγοντας επούλωσης με τη βοήθεια καταλύτη που περιέχεται ήδη στη μήτρα πολυμερίζεται και κλείνει τη ρωγμή. Τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν είχαν ως μήτρα την εποξική ρητίνη Epon 828. Oι μικροκάψουλες μέσα στο υλικό βρίσκονταν σε συγκέντρωση 18% w/w ενώ οι καταλύτες σε συγκέντρωση 5% w/w. Για τον προσδιορισμό της αντοχής σε κάμψη για τα πολυμερή υλικά με μικροκάψουλες εκτελέστηκαν πειράματα κάμψης τριών σημείων (three point bending) στα οποία τα δοκίμια (δοκίμια αναφοράς) φορτίστηκαν μέχρι να αστοχήσουν ενώ για τον προσδιορισμό της ικανότητας αυτοεπούλωσης ακολουθήθηκε η εξής διαδικασία: Τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε κάμψη τριών σημείων με φορτίο μικρότερο του φορτίου αστοχίας. Στη συνέχεια παρέμειναν για μία μέρα για επούλωση και φορτίστηκαν ξανά μέχρι την τελική αστοχία. Η ίδια διαδικασία ακολουθήθηκε και για πολυμερή χωρίς μικροκάψουλες. Η εκτίμηση της ικανότητας αυτοεπούλωσης έγινε συγκρίνοντας την αντοχή σε κάμψη των δοκιμίων με μικροκάψουλες, των δοκιμίων αναφοράς και των δοκιμίων χωρίς μικροκάψουλες. Για τα σύνθετα υλικά με μικροκάψουλες εκτελέστηκαν αρχικά πειράματα για τον προσδιορισμό της διαστρωματικής αντοχής σε διάτμηση (ILSS) όπου τα δοκίμια (δοκίμια αναφοράς) φορτίστηκαν μέχρι να αστοχήσουν ενώ για τον προσδιορισμό της ικανότητας αυτοεπούλωσης τα δοκίμια φορτίστηκαν αρχικά με φορτίο μικρότερο ή ίσο του φορτίου αστοχίας. Έπειτα, παρέμειναν για μία μέρα για επούλωση και φορτίστηκαν ξανά μέχρι να αστοχήσουν. Η εκτίμηση της ικανότητας αυτοεπούλωσης έγινε και σε αυτή την περίπτωση συγκρίνοντας την αντοχή σε κάμψη των δοκιμίων με μικροκάψουλες, των δοκιμίων αναφοράς και των δοκιμίων χωρίς μικροκάψουλες. Τέλος, με τη βοήθεια της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης έγινε ανάλυση των αρχικών επιφανειών αλλά και των επιφανειών θραύσης τόσο των πολυμερών όσο και των συνθέτων υλικών με μικροκάψουλες, για την παρουσία κενών, για να διαπιστωθεί εάν στην περίπτωση των συνθέτων οι μικροκάψουλες είχαν εγκλωβιστεί από τις ίνες κατά την διάρκεια παρασκευής του υλικού καθώς και για το εάν είχαν σπάσει οι μικροκάψουλες στο υλικό απελευθερώνοντας με αυτόν τον τρόπο τον παράγοντα επούλωσης. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η προσθήκη μικροκαψουλών στα πολυμερή οδήγησε σε μείωση της αντοχής σε κάμψη κατά 78,38%, και του μέτρου ελαστικότητας σε κάμψη κατά 18,79% ενώ για τα σύνθετα υπήρξε πτώση της διαστρωματικής αντοχής σε διάτμηση κατά 25,82% λόγω της προσθήκης μικροκαψουλών στο υλικό. Όσον αφορά την ικανότητα αυτοεπούλωσης αυτή είτε δεν υπήρξε είτε εάν υπήρξε ήταν περιορισμένη και τάξης μεγέθους μικρότερη από την επίδραση της μικροκάψουλας ως ατέλεια μέσα στο υλικό. Οι εικόνες από την ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης έδειξαν την παρουσία κενών στα πολυμερή υλικά με μικροκάψουλες. Όσον αφορά τα σύνθετα υλικά οι εικόνες έδειξαν την παρουσία μικροκαψουλών στη μήτρα του υλικού και όχι ανάμεσα στις ίνες. Επίσης, έδειξαν ότι οι μικροκάψουλες είχαν δημιουργήσει συσσωματώματα και δεν ήταν ομοιόμορφα κατανεμημένες μέσα στο υλικό. Τέλος, οι εικόνες από τις επιφάνειες θραύσης αποκάλυψαν περιοχές τόσο στα πολυμερή όσο και στα σύνθετα υλικά, όπου υπήρχαν μικροκάψουλες αλλά και άδειες μικροκάψουλες οι οποίες είχαν πολυμεριστεί επουλώνοντας τμήματα του υλικού.
Description
Keywords
Αυτοεπούλωση, Μικροκάψουλες, Πολυμερή, Σύνθετα υλικά
Citation