Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/14075
Title: Μελέτη της διαστρωματικής αντίστασης θραύσης πολύστρωτων σύνθετων υλικών με μήτρα τροποποιημένη με νανοσωματίδια γραφιτικής φύσης
Other Titles: Study on the interlaminar fracture properties of carbon fiber reinforced polymers doped with graphite nano-particles
Authors: Βλάχος, Νικήτας
Keywords: Νανοσωματίδια
Ολιγοστρωματικά γραφένια
Keywords (translated): Nanoparticles
Few-layered graphene nanoplatelets
Abstract: Τα σύνθετα υλικά καλύπτουν μεγάλο μέρος των εφαρμογών των νέων τεχνολογιών αιχμής και χρησιμοποιούνται συνήθως σε τεχνολογικές εφαρμογές όπου απαιτούνται υψηλοί λόγοι αντοχής/ειδικού βάρους και δυσκαμψίας/ειδικού βάρους. Κύριο μέλημα της επιστημονικής κοινότητας έγινε και η αύξηση της διαστρωματικής αντοχής των συνθέτων υλικών. Ένας από τους πιο διαδεδομένους τρόπους για την ενίσχυση των θραυστομηχανικών τους ιδιοτήτων με βάση την βιβλιογραφία είναι η τροποποίηση του μητρικού τους υλικού με την χρήση νανοσωματιδίων. Η ενίσχυση των συνθέτων υλικών με νανοσωματίδια οδήγησε στην ανάπτυξη υλικών πολλαπλής κλίμακας. Αρχική ιδέα και σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας ήταν η μελέτη της θραυστομηχανικής συμπεριφοράς ινωδών συνθέτων υλικών εποξειδικής μήτρας νανο-ενισχυμένης με ολιγοστρωματικά γραφένια, χημικώς τροποποιημένα (COOH-GNPs_4L) περιεκτικότητας 0.5% wt. Για τον λόγο αυτό τροποποιήθηκαν δυο ειδών εποξειδικά συστήματα τα οποία χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη προεμποτισμένων υφασμάτων. Το πρώτο σύστημα ρητίνης που χρησιμοποιήθηκε αποτελούταν από την θερμοσκληρυνόμενη εποξειδική ρητίνη Araldite LY 1556 και το δεύτερο από την θερμοσκληρυνόμενη εποξειδική ρητίνη R244. Και στις δυο περιπτώσεις χρησιμοποιήθηκαν ανθρακονήματα υπό την μορφή υφασμάτων που χρησιμοποιήθηκαν ως μόνιμη φάση ενίσχυσης. Η μίξη των δύο φάσεων (εποξειδικής ρητίνης και ολιγοστρωματικών γραφενίων) υλοποιήθηκε με τη χρήση καλάνδρας (3 Roll Milling Technique). Η παρασκευαστική διαδικασία που χρησιμοποιήθηκε για την δημιουργία των πολύστρωτων υλικών ήταν η τεχνική Hand Lay up και στην συνέχεια ο πολυμερισμός των υλικών πραγματοποιήθηκε σε αυτόκλειστο φούρνο (Autoclave). Αμέσως μετά , ακολούθησε μη καταστροφικός έλεγχος με υπερήχους (C-Scan) προκειμένου να διερευνηθεί η ποιότητα των πολύστρωτων υλικών. Στην συνέχεια, διεξήχθησαν τα θραυστομηχανικά πειράματα τύπου Ι και ΙΙ (MODE I, MODE II) για τη μέτρηση του κρίσιμου ρυθμού απελευθέρωσης ενέργειας παραμόρφωσης, GIC & GIIC (critical energy release rate) κατά την διάρκεια διάδοσης της ρωγμής. Από τα θραυστομηχανικά πειράματα διαπιστώθηκε ότι η παρουσία νανοεγκλεισμάτων ολιγοστρωματικού γραφενίου στο εσωτερικό των ινωδών συνθέτων υλικών συνέβαλαν οριακά στην αύξηση του κρίσιμου ρυθμού απελευθέρωσης ενέργειας παραμόρφωσης GIIC, ενώ δεν προκάλεσαν κάποια αύξηση στην τιμή του GIC, γεγονός που παρατηρήθηκε και στα δυο εποξειδικά συστήματα. Τέλος, από τα αποτελέσματα προέκυψε πως τα υλικά που είχαν ως μητρικό υλικό την ρητίνη R244 παρουσίασαν μεγαλύτερη βελτίωση σε σύγκριση με τα αντίστοιχα που περιείχαν την ρητίνη Araldite, ύστερα από την προσθήκη νανοεγκλεισμάτων.
Abstract (translated): Composite materials cover many of the latest applications and are mainly used in technological applications where high ratios of strength/specific weight and stiffness/specific weight are required. The main concern of the scientific community also became the increase of the interlaminar strength of the composite materials. One of the most common ways to enhance their fracture properties based on literature is to modify their matrix by using nanoparticles, because the inclusion of nanoparticles into the matrix of the composite introduce absorption mechanisms in multiple scale level. The purpose of this work was to study the fracture behavior of carbon fiber reinforced polymers (CFRP) with epoxy matrix doped with chemically modified few-layered graphene nanospecies (COOH-GNPs_4L), in content of 0.5% wt. For this reason, the modification of two epoxy resin systems with graphene nanoparticles was carried out. The first resin system that was used consisted of the epoxy resin Araldite LY 1556, while the second one consisted of the epoxy resin R244. Carbon fabrics were used as the main reinforcement for both systems. The mixture of the two phases (epoxy resin and few-layered graphene nanoplatelets) was prepared by using the 3 Roll Milling technique. The preparation procedure used for the creation of the composites was the Hand Lay-up technique and the curing of the composites was performed in an autoclave. Afterwards, a non-destructive ultrasonic quality test (C-Scan) followed to verify the quality of the laminates. Finally, fracture tests (MODE I, MODE II) were performed to measure the critical release energy rates, GIC & GIIC during the crack propagation. The results showed that the presence of nano-particles in the matrix of fibrous composites contributed to an increase of the critical release energy rate GIIC , while they did not cause any change in the value of GIC, in case of both resin systems. Finally, it was observed that the composites made with the R244 resin presented greater improvement in both fracture tests compared to those in which Araldite resin was used, after the introduction of nanoparticles.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
DT_M_Βλάχος_Νικήτας_246920.pdf2.68 MBAdobe PDFView/Open


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