Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/13561
Title: Ανάπτυξη πολυμερών τύπου δις-μαλεϊμιδίου και χρήση τους ως υλικού αυτοϊασης σε συστήματα συνθέτων υλικών ρητίνης/ινών άνθρακα
Other Titles: Development of bis-maleimide based polymers for self-healing applications in epoxy/composites materials
Authors: Γείτονα, Άννα
Keywords: Αυτοΐαση
Σύνθετα υλικά
Ηλεκτροϊνοποίηση διαλύματος
Κρούση χαμηλής ταχύτητας
Θλίψη
Δις-μαλεϊμίδια
Keywords (translated): Self-healing
Bis-maleimides
Composites
Electrospinning
Low velocity impact
Compression
Abstract: Τα ινώδη σύνθετα υλικά (ΙΣΥ) αποτελούν πλέον ένα από τα κύρια συστατικά υλικά κατασκευών σε πολλούς κατασκευαστικούς τομείς και κυρίως στον τομέα των μεταφορών. Τα υλικά αυτά χαρακτηρίζονται ως ιδανικά λόγω της υψηλής ειδικής αντοχής, του χαμηλού βάρους και της ακαμψίας τους εν συγκρίσει με τα μέταλλα (παραδοσιακά υλικά κατασκευών). Ωστόσο, ένας βασικός περιορισμός των ΙΣΥ είναι η ευαισθησία τους σε μικρο-βλάβες και η χαμηλή διαστρωματική αντοχή που τα καθιστούν επιρρεπή σε αποκολλήσεις κατά τη διάρκεια λειτουργίας τους σε μια κατασκευή. Οι συμβατικοί τρόποι επισκευής είναι χρονοβόροι και κοστοβόροι, πράγμα το οποίο οδήγησε τους επιστήμονες στην επινόηση καινοτόμων ιδεών για την επίλυση αυτών των μειονεκτημάτων. Προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί ή ακόμη και να μηδενιστεί το κόστος συντήρησης των κατασκευών από ΙΣΥ απαιτείται ένας καινοτόμος και αυτοματοποιημένος τρόπος επισκόπησης και επισκευής τους, συνδυαστικά με νέα έξυπνα, υβριδικά και πολυλειτουργικά συστήματα υλικών. Μια τέτοια κατηγορία υλικών αποτελούν και τα υλικά αυτο-ίασης (ΑΙ), τα οποία είναι εμπνευσμένα από βιολογικά συστήματα στα οποία οι βλάβες προκαλούν αυτόματα μια θεραπευτική απόκριση. Αν και η τεχνολογία ΑΙ δεν έχει ακόμη εφαρμοστεί εμπορικά, αναμένεται να επεκτείνει τη διάρκεια ζωής και την αξιοπιστία των μελλοντικών κατασκευών. Τα συστήματα ΑΙ μπορούν να είναι είτε αυτόνομα (εξωγενή) είτε μη αυτόνομα (εγγενή). Τα μη αυτόνομο ΑΙ υλικά φαίνεται να είναι η πιο ελπιδοφόρος προσέγγιση για τα σύνθετα, καθώς συγκεκριμένοι αναστρέψιμοι δεσμοί εισάγονται σε εποξειδικά πολυμερικά δίκτυα. Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει την επούλωση να πραγματοποιείται για πολλούς κύκλους καθώς δεν καταναλώνονται άλλες χημικές ουσίες όπως στην περίπτωση του αυτόνομου μηχανισμού ΑΙ (ενσωμάτωση μικροκαψουλών ή δικτύων). Τα πολυμερή τύπου δις-μηλεϊμιδίου (Bis-maleimides, BMI) δύνανται να εμφανίζουν ικανότητα ΑΙ λόγω της θερμικά αναστρέψιμης φύσης των δεσμών που σχηματίζουν με αντιδράσεις Diels-Alder. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, BMI πολυμερές ενσωματώθηκε σε αεροπορικού τύπου σύνθετα πολυμερικά υλικά, ενισχυμένα με ίνες άνθρακα (CFRPs). Το ΒΜΙ εισήχθη σε όλες τι ενδιάμεσες στρώσεις των CFRPs, τοπικά μέσω της διαδικασίας ηλεκτροϊνοποίσης διαλύματος σε στοχευμένη περιοχή όπου μελλοντική βλάβη αναμένετε να συμβεί. Ύστερα, αξιολογήθηκε η επίδραση και η ικανότητα του ΒΜΙ ως παράγοντας ΑΙ στα CFRPs. Πιο συγκεκριμένα, παρασκευάστηκαν δοκίμια αναφοράς και τροποποιημένα με BMI με την ακόλουθη αλληλουχία στρώσεων: [45/0 / -45 / 90]2S. Όλα τα CFRPs είχαν ίδια περιέκτηκότητα ινών (Vf) και εξετάστηκαν σε δοκιμή κρούσης χαμηλής ταχύτητας (LVI) και θλίψης (πριν, μετά την κρούση και μετά τη διαδικασία ΑΙ). Σύμφωνα με πειραματικά αποτελέσματα, αποδείχθηκε ότι μετά από δοκιμές LVI όλα τα CFRPs εμφάνισαν συγκρίσιμη αντίσταση σε βλάβη, λαμβάνοντας υπόψη τις εικόνες μη καταστροφικού ελέγχου C-scan, ενώ δεν παρατηρήθηκε υποβάθμιση των CFRPs λόγω ενσωμάτωσης του ΑΙ ΒΜΙ υλικού. Τέλος μετά την διαδικασία ΑΙ, η περιοχή βλάβης που είχε δημιουργηθεί κατά την κρούση αποκαταστάθηκε πλήρως και η εναπομείνουσα αντοχή σε θλίψης ανακτήθηκε σε μεγάλο ποσοστό στα τροποποιημένα με ΒΜΙ CFRPs.
Abstract (translated): Fiber reinforced polymer composite materials (FRPs) are leading candidates as component materials to improve the efficiency and sustainability of many forms of transport due to their lightweight, high specific-strength and stiffness nature. However, a primary limitation of composites is their susceptibility to micro-damage, the poor interlaminar strength and fracture toughness that make them prone to delaminations during the service life. To meet the need for reduction of maintenance cost an innovative robotized inspection and repair concept is required together with smart designs and new hybrid multifunctional material concepts. An emerging approach called “Self-healing (SH) materials” has been proposed but not yet been applied to commercial composites. This smart technology aims to extend the service life and reliability of composites. SH systems can be either autonomous (extrinsic) or Non-autonomous (intrinsic). Non-autonomous SH seems to be the most promising approach for SH composites as specific reversible bonds will be introduced into epoxide networks. This approach allows the healing to be unlimited as no chemicals are consumed as in the case of autonomous SH mechanism (capsule- or vascularbased network). Bis-maleimides (BMIs) exhibit healing functionalities on polymer level due to their thermally reversible nature and present resin-type behavior. In the present Master thesis, BMI SH polymer in electrospun form, based on Diels-Alder reaction mechanism was integrated into high performance aerospace carbon fiber reinforced polymers (CFRPs) as interleaves. Based on these, the effect of electrospun BMI polymers as self-healing agent (SHA) into CFRPs was assessed. More precisely, reference and BMI modified CFRP samples having [45/0/-45/90]2S stacking sequence, with similar fiber volume fractions have been tested under low velocity impact (LVI) and compression (prior LVI, after LVI and after healing activation) tests. According to experimental results, it was shown that after LVI tests all material sets exhibited comparable damage resistance taking into consideration C-scan inspections while compression prior LVI revealed no knock-down effects due to the incorporation of the SHA. Finally, after healing activation the SHA was able to fully restore the damage area into the composite structure and to improve the residual compression characteristics to a great extent.
Appears in Collections:Τμήμα Φυσικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Άννα Γείτονα Μεταπτυχιακή Εργασία 2020.pdf3.98 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.