Πειραματικός χαρακτηρισμός των μηχανικών ιδιοτήτων σύνθετων υλικών ενισχυμένων με γραφένιο
| datacite.contributor.RelatedPerson | Λαμπέας, Γεώργιος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Πολατίδης, Ευθύμιος | |
| datacite.contributor.Supervisor | Τσερπές, Κωνσταντίνος | |
| dc.contributor.author | Ζαχαρόπουλος, Διονύσης | |
| dc.contributor.other | Zacharopoulos, Dionisis | |
| dc.date.accessioned | 2024-02-28T13:44:45Z | |
| dc.date.available | 2024-02-28T13:44:45Z | |
| dc.date.issued | 2024-03-07 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.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 | |
| dc.description.translatedabstract | The primary objective of this thesis is to undertake a comprehensive investigation and experimental characterization of intricate nano-reinforced materials, with a specific focus on graphene-based components, namely graphene nanoparticles and carbon nanotubes. Within the scope of this research, an extensive examination of the properties and potential applications of nanocomposite materials was conducted based on the available bibliography. Subsequent to this, mechanical experiments were executed, including static tensile tests at 0˚ and 90˚, three-point bending tests, and interlaminar shear strength (ILSS) tests, with the intent of ascertaining the mechanical properties of both the reference specimen and the specimen reinforced with nanostructures. Moreover, moisture absorption experiments were undertaken to assess the suitability of the material for specific applications (under distinct environmental conditions). The experimental methodologies and setups employed, along with property calculations and resultant diagrams, are comprehensively presented. Specifically, in consideration of the integration of nano-reinforced materials in aerospace applications utilizing an epoxy matrix, the attainment of commendable mechanical properties, alongside favorable electrical-thermal properties, is imperative. Consequently, the examination focuses on Epoxy Resin R244/H33 & Zoltek Px 35 tow 50k, reinforced with 2,5% graphene nanoparticles (GNPs) and 3,5% carbon nanotubes (CNTs), with a subsequent comparison to the baseline material, Epoxy Resin R244/H33 & Zoltek Px 35 tow 50k. The overarching objective of hybrid reinforcement, and the chosen reinforcement percentages, is to establish significant electrical-thermal properties capable of counteracting the dielectric behavior of the matrix, while avoiding substantial degradation of the mechanical properties. The synergistic interplay between the reinforcements is crucial for achieving optimal dispersion in the matrix and the formation of a conductive network, given that the formation of aggregates is identified as a principal factor leading to mechanical property degradation. In the pursuit of both electrical and thermal conductivity, elevated reinforcement percentages were employed, resulting in the decrease of several mechanical properties for the reinforced materials. Notably, reduced elasticity was observed in bending and flexural tests for the reinforced material, accompanied by an elevated percentage of moisture absorption compared to the initial material. The maximum bending force for the hybrid reinforced material exhibited a reduction of 26%, 15% in static tensile tests at 0˚, and 7,4% in static tensile tests at 90˚. Conversely, an increase of 9% in the elastic modulus was noted for materials reinforced with film on the upper surface, along with a 3,5% increase in the maximum force in static ILSS tests for the reinforced material. Furthermore, an increase of 3,5% in maximum stress and deformation was observed in compression experiments for the reinforced material. Key words: Composite materials, Graphene, GNP nanoparticles, CNT nanoparticles, Mechanical experiments, Moisture absorption experiment, Epoxy resin | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/26649 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.subject | Σύνθετα υλικά | |
| dc.subject | Γραφένιο | |
| dc.subject | Νανοσωματίδια GNP | |
| dc.subject | Νανοσωματίδια CNT | |
| dc.subject | Πείραμα απορρόφησης υγρασίας | |
| dc.subject | Εποξική ρητίνη | |
| dc.subject.alternative | Composite materials | |
| dc.subject.alternative | Graphene | |
| dc.subject.alternative | GNP nanoparticles | |
| dc.subject.alternative | CNT nanoparticles | |
| dc.subject.alternative | Moisture absorption experiment | |
| dc.subject.alternative | Epoxy resin | |
| dc.title | Πειραματικός χαρακτηρισμός των μηχανικών ιδιοτήτων σύνθετων υλικών ενισχυμένων με γραφένιο | |
| dc.title.alternative | Experimental mechanical characterization of graphene-reinforced composite materials |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- Διπλωματικη_Ζαχαροπουλος_Διονυσης_1054488_final.pdf
- Size:
- 4.79 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
License bundle
1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
- Name:
- license.txt
- Size:
- 5.02 KB
- Format:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Description: