Μελέτη μηχανικής συμπεριφοράς πολύ-λειτουργικής κόλλας σε συνθήκες στατικής και δυναμικής καταπόνησης

Thumbnail Image
Date
2022-09-21
Authors
Βογιαντζή, Χριστίνα
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Είναι ευρέως γνωστό πως ένας από τους πιο διαδεδομένους τρόπους σύνδεσης συνθέτων υλικών είναι με τη χρήση συγκολλητικών ουσιών. Στη βιομηχανία χρησιμοποιούνται πλέον όλο και περισσότερο οι θερμοπλαστικές συγκολλητικές ουσίες λόγω της στροφής που έχει πραγματοποιηθεί στις πράσινες λύσεις και της δυνατότητας τους να ανακυκλώνονται. Αποτελούν μια από τις σημαντικότερες κατηγορίες συγκολλητικών ουσιών παρόλο που παρουσιάζουν μονωτική συμπεριφορά , γεγονός το οποίο περιορίζει τη χρήση τους σε διάφορες εφαρμογές . Προκειμένου τα εν λόγω υλικά να βρίσκουν εφαρμογή σε διάφορους τομείς (αεροδιαστημική , αεροναυπηγική κλπ ) απαιτείται η αύξηση της ηλεκτρικής και της θερμικής τους αγωγιμότητας και η ταυτόχρονη όσο το δυνατόν μπορεί να επιτευχθεί βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων τους. Ένας από τους βασικούς τρόπους που αναφέρει η βιβλιογραφία είναι η ενίσχυση των υλικών με τη χρήση αγώγιμων νανοσωματιδίων και κυρίως άνθρακα. Αρχική ιδέα και σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η ανάπτυξη της πολύ λειτουργικότητας μιας θερμοπλαστικής κόλλας και η μελέτη της μηχανικής της συμπεριφοράς. Αναπτύχθηκαν δύο ειδών κόλλας: κανονική και νανο-ενισχυμένη. Για την παρασκευή των νανο-ενισχυμένων υλικών χρησιμοποιήθηκαν δύο είδη εγκλεισμάτων: τα πολυστρωματικά γραφένια (GNPs) σε περιεκτικότητα 10%wt και οι πολυφλοιϊκοί νανοσωλήνες άνθρακα (MWCNTs) σε περιεκτικότητα 10% wt . Τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν είχαν τη μορφή pellets και ήταν αναγκαία η μετατροπή του μεγέθους τους από την κλίμακα των χιλιοστών στη μικροκλίμακα και πιο συγκεκριμένα σε μορφή σκόνης μέσω κονιορτοποίησης. Έπειτα, πραγματοποιήθηκε η παρασκευή δοκιμίων με τη χρήση εξωθητή καθώς και η παρασκευή θερμοπλαστικών φιλμ κόλλας, τα οποία μορφοποιήθηκαν μέσω θερμοπρέσσας, και η χρήση τους ως μέσο σύνδεσης των επιφανειών (12 στρώσεις μονοδιεύθυντου προεμποτισμένου υφάσματος από ίνες άνθρακα). Για τον χαρακτηρισμό των αναπτυχθέντων υλικών πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις της θερμικής και ηλεκτρικής αγωγιμότητας και έπειτα ακολούθησαν δοκιμές προσδιορισμού του κρίσιμου ρυθμού απελευθέρωσης ενέργειας παραμόρφωσης (ASTM D5528-01) και δοκιμές προσδιορισμού της διάρκειας ζωής σε κόπωση (ASTM D6115-97). Η εισαγωγή των νανοσωματιδίων προκάλεσε σημαντικές αυξήσεις στην ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα. Οι νανοσωλήνες άνθρακα σε περιεκτικότητα 10%wt παρουσίασαν την μεγαλύτερη αύξηση, 58%, στην θερμική αγωγιμότητα καθώς και την μεγαλύτερη αύξηση, δέκα τάξεις μεγέθους στην ηλεκτρική αγωγιμότητα του υλικού. Επομένως, οι νανοσωλήνες άνθρακα συνέβαλαν στην ενίσχυση της πολύ-λειτουργικότητας της θερμοπλαστικής κόλλας. Τέλος , παρατηρήθηκε ότι τα πολυστρωματικά γραφένια αύξησαν οριακά τον κρίσιμο ρυθμό απελευθέρωσης ενέργειας παραμόρφωσης (5%) κατά την στατική καταπόνηση ενώ σε αντίθεση οι νανοσωλήνες άνθρακα κατά τη δυναμική καταπόνηση παρουσίασαν αύξηση της διάρκειας ζωής σε κόπωση της τάξεως του 11%.Αναγκαία είναι η πραγματοποίηση επιπλέον μηχανικών δοκιμών σε περισσότερα δείγματα, όπως απαιτούν και τα πρότυπα, για την ασφαλέστερη ερμηνεία των αποτελεσμάτων καθώς υπήρχε αρκετά μεγάλη τυπική απόκλιση μεταξύ των τιμών των αποτελεσμάτων.
Description
Keywords
Θερμοπλαστικές κόλλες, Στατική καταπόνηση, Δυναμική καταπόνηση, Ηλεκτρική αγωγιμότητα, Θερμική αγωγιμότητα, Νανοσωματίδια
Citation