Πειραματικός χαρακτηρισμός των μηχανικών ιδιοτήτων σύνθετων υλικών ενισχυμένων με γραφένιο
Loading...
Date
2024-03-07
Authors
Ζαχαρόπουλος, Διονύσης
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και ο πειραματικός χαρακτηρισμός σύνθετων νανοενισχυμένων υλικών με βάση το γραφένιο και συγκεκριμένα με νανοσωματίδια γραφίτη και νανοσωλήνες άνθρακα.
Στο πλαίσιο της εργασίας έγινε εκτενής μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων και των εφαρμογών των νανοσύνθετων υλικών βιβλιογραφικά. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν μηχανικά πειράματα (στατικά πειράματα εφελκυσμού 0˚ και 90˚, δοκιμές κάμψης 3 σημείων (3PB) και δοκιμές διατμητικής αντοχής στην διεπιφάνεια (ILSS)) με στόχο τον καθορισμό των αντίστοιχων ιδιοτήτων τόσο του δοκιμίου αναφοράς όσο και του ενισχυμένου δοκιμίου. Επίσης, έγιναν πειράματα απορρόφησης υγρασίας ώστε να χαρακτηριστεί το υλικό κατάλληλο ή μη για μια τέτοια εφαρμογή (συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες). Παρουσιάζονται οι πειραματικές διαδικασίες και διατάξεις που ακολουθήθηκαν, οι υπολογισμοί των ιδιοτήτων και τα αντίστοιχα διαγράμματα που προέκυψαν.
Πιο συγκεκριμένα, λόγω της ένταξης των νανοενισχυμένων υλικών στην αεροναυπηγική αλλά και την χρήση εποξικής μήτρας, καθίσταται σημαντική η παρουσία καλών μηχανικών ιδιοτήτων και ταυτόχρονα η εμφάνιση καλών ηλεκτρικών-θερμικών ιδιοτήτων. Έτσι, εδώ εξετάζεται το Epoxy Resin R244/H33 & Zoltek Px 35 tow 50k ενισχυμένο με 2,5 % GNPs & 3,5 % CNTs και οι τιμές που προκύπτουν από τα πειράματα συγκρίνονται με το αρχικό υλικό Epoxy Resin R244/H33 & Zoltek Px 35 tow 50k. Στόχος της υβριδικής ενίσχυσης αλλά και του ποσοστού ενίσχυσης είναι η ύπαρξη σημαντικών ηλεκτρικών-θερμικών ιδιοτήτων που θα αντισταθμίζουν την διηλεκτρική συμπεριφορά της μήτρας χωρίς την σημαντική υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων. Το συνεργατικό φαινόμενο μεταξύ των ενισχύσεων διατελεί τον ρόλο της όσο το δυνατόν καλύτερης διασποράς τους στη μήτρα και την συγκρότηση αγώγιμου δικτύου, μιας και η δημιουργία συσσωματωμάτων αποτελεί έναν από τους κύριους παράγοντες υποβάθμισης των μηχανικών ιδιοτήτων.
Στοχεύοντας στην ύπαρξη ηλεκτρικής και θερμικής αγωγιμότητας, τα ποσοστά των ενισχύσεων ήταν μεγάλα με αποτέλεσμα τη μείωση των περισσότερων μηχανικών ιδιοτήτων για τα ενισχυμένα υλικά. Παρατηρείται ελάττωση του μέτρου ελαστικότητας σε θλίψη και κάμψη για το ενισχυμένο υλικό, καθώς και αύξηση του ποσοστού απορρόφησης υγρασίας του ενισχυμένου υλικού σε σχέση με το αρχικό. Η μέγιστη δύναμη σε κάμψη για το ενισχυμένο υβριδικό υλικό μειώνεται κατά 26%, σε στατικό πείραμα εφελκυσμού 0˚ κατά 15%, ενώ σε στατικό πείραμα εφελκυσμού 90˚ κατά 7,4%. Στον αντίποδα, παρατηρείται αύξηση του καμπτικού μέτρου ελαστικότητας κατά 9% για ενισχυμένα υλικά με φιλμ στην άνω επιφάνεια και αύξηση της μέγιστης δύναμης στο στατικό πείραμα ILSS κατά 3,5% για το ενισχυμένο υλικό. Ακόμα σημειώθηκε στα πειράματα θλίψης αύξηση κατά 3.5% στην μέγιστη τάση για το ενισχυμένο υλικό όπως και αύξηση στην παραμόρφωση.
Λέξεις κλειδιά: Σύνθετα υλικά, Γραφένιο, Νανοσωματίδια GNP, Νανοσωματίδια CNT, Μηχανικά πειράματα, Πείραμα απορρόφησης υγρασίας, Εποξική ρητίνη
Description
Keywords
Σύνθετα υλικά, Γραφένιο, Νανοσωματίδια GNP, Νανοσωματίδια CNT, Πείραμα απορρόφησης υγρασίας, Εποξική ρητίνη