Σκοπός της παρούσας πτυχιακής εργασίας ήταν η μελέτη της περιβαλλοντικής γήρανσης ινωδών συνθέτων υλικών με κυανεστερική μήτρα σε ακραίες θερμοοξειδωτικές ή/και υγροθερμικές συνθήκες. Επίσης, ο θερμομηχανικός χαρακτηρισμός και η αρχική μελέτη των μηχανισμών υποβάθμισης. Για το σκοπό αυτό παρασκευάστηκαν πέντε τύποι πολύστρωτων πλακών οι τρείς εκ των οποίων έφεραν ως ενίσχυση οχτώ στρώσεις προεμποτισμένου πανιού ινών γυαλιού (GFRPs) τριών διαφορετικών κυανεστερικών μητρών (PN901-G201-45{GRT},HTM143,MTM110) και πλέξης 2*2 twill. Η παρασκευή των τριών αυτών πλακών έγινε με τη μέθοδο του κενού σακούλας (Hand Lay Up Vacuum Bag).Όσον αφορά στις δυο άλλες πλάκες οι οποίες προέκυψαν μέσω της διαδικασίας χύτευσης με μεταφορά ρητίνης RTM σε γνωστό ερευνητικό ινστιτούτο της Ισπανίας (Tecnalia), δύο διαφορετικοί τύποι κυανεστέρα (DT-4000,PT-30) χρησιμοποιήθηκαν ως μήτρα για τον εμποτισμό πανιού άνθρακα (CFRPs) τύπου πλέξης 5H Satin. Από την παραπάνω διαδικασία προέκυψαν πλάκες πέντε στρώσεων. Οι πλάκες ελέγχθηκαν ποιοτικά αρχικά, με τη μέθοδο υπερήχων C-Scan όπου διαπιστώθηκε η ομοιογένεια τους και έπειτα με χρήση της μεθόδου Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης DSC μέσω της οποίας ελέγχθηκε και επιβεβαιώθηκε το ποσοστό πολυμερισμού τους. Στην παρούσα εργασία ορίστηκαν τρεις διαδικασίες γήρανσης:(α) τοποθέτηση των δοκιμίων σε λουτρό απιονισμένου νερού στους 200C έως το σημείο ισορροπίας (AP2),(β) τοποθέτηση των δοκιμίων σε φούρνο στους 2300C για 30 μέρες (AP3) και (γ) τοποθέτηση των δοκιμίων σε φούρνο στους 2300C για 16h και σε λουτρό απιονισμένου νερού στους 200C για 16h με διάρκεια δέκα κύκλων. Αρχικά, και προ της γήρανσης τους, τα υλικά χαρακτηρίστηκαν ως προς την διαστρωματική τους αντοχή σε διάτμηση μέσω της διεξαγωγής πειραμάτων κάμψης τριών σημείων SBS (Short Beam Strength) με βάση το στάνταρντ ASTM D2344(M) και ως προς τη θερμομηχανική τους απόκριση με χρήση της πειραματικής διάταξης Δυναμικής-Μηχανικής Ανάλυσης DMA (Dynamic Mechanical Analysis). Στη συνέχεια, ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των δοκιμίων που υποβλήθηκαν στις παραπάνω διαδικασίες γήρανσης ως προς την διαστρωματική αντοχή τους σε διάτμηση και τις θερμομηχανικές τους ιδιότητες. Επίσης, πραγματοποιήθηκε μικροσκοπικός χαρακτηρισμός των δοκιμίων μέσω της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης SEM (Scanning Electron Microscopy). Συγκρίνοντας τη συμπεριφορά, μεταξύ των δοκιμίων αναφοράς και των δοκιμίων που είχαν υποβληθεί σε κάποια από τις διαδικασίες γήρανσης, στην περίπτωση του θερμοοξειδωτικού και του συνδυασμένου περιβάλλοντος γήρανσης παρατηρήθηκε υποβάθμιση των ιδιοτήτων και μεγάλη αλλαγή/απώλεια στη μάζα των υλικών. Στην περίπτωση του υγροθερμικού περιβάλλοντος παρατηρήθηκε υψηλή απορρόφηση υγρασίας σε όλα τα δοκίμια ενώ όσον αφορά τις ιδιότητές τους άλλα τις διατήρησαν και άλλα υπέστησαν πολύ μικρές μεταβολές σε σύγκριση με τις αρχικές τους. Από την παραπάνω διαδικασία προέκυψε συζήτηση και αρχικά συμπεράσματα για τους μηχανισμούς που πιθανώς έδρασαν σε κάθε διαδικασία γήρανσης. / The aim of the current investigation was to study the environmental aging of fiber reinforced polymer composites with cyanate ester resin at extreme thermooxidative, hydrothermal and combined environmental conditions. During the ageing mechanical, thermo-mechanical as well as optical characterization was performed aiming at an initial study of the active degradation mechanisms under the defined environmental conditions. For this purpose five laminated plates were developed three of which bore a reinforcement of eight layers of glass fiber preimpregnated 2 * 2 twill woven cloth (GFRPs) with three different cyanate ester matrices (PN901-G201-45 {GRT}, HTM143, MTM110). The aforementioned three plates were manufactured by the Hand Lay Up Vacuum Bag method. Regarding the two other plates which arose by following the resin transfer molding RTM technique in a known institute of research located in Spain (Tecnalia), two different types of cyanate ester resin (DT-4000, PT-30) were used as matrices for impregnation of a 5H Satin woven carbon cloth (CFRPs). The above procedure leaded to two plates of five layers. The plates were initially tested qualitatively through the ultrasonic C-Scan method from which the homogeneity of the plates was confirmed. Moreover the curing percentage was checked by using the Differential Scanning Calorimetry DSC method. For the environmental ageing of the aforementioned plates three aging processes were specified as following: (a) control of hydrothermal degradation by immersing the samples in a bath of deionized water at 200C until the equilibrium point (AP2), (b) control of thermo-oxidative degradation by placing the samples in an oven at 2300C for 30 days (AP3), and finally (c) control of materials degradation in cycled environmental conditions that combine both thermo-oxidative and hydrothermal atmosphere by keeping the samples at 2300C for 16h that is followed by their immersion in deionized water bath at 200C for 16h with duration ten cycles. Initially, and prior to aging, the materials were characterized towards their unaged response by conducting three point bending SBS (Short Beam Strength) experiments under the standard ASTM D2344 (M) as well as thermomechanical measurements by performing Dynamic Mechanical Analysis DMA (Dynamic Mechanical Analysis) measurements. This was followed by the characterization of the samples after the aforementioned aging processes towards the interlaminar shear strength and thermo-mechanical properties. In parallel with the above microscopic characterization of samples by scanning electron microscopy SEM (Scanning Electron Microscopy) was take place, too. Comparing the behavior between reference specimens and the aged specimens subjected to environmental ageing under thermooxidative atmosphere the oxidation seemed to be the main degradation mechanism in all material systems without excluding the synergistic effect of rest of the possible active degradation mechanism (e.g. further crosslinking, chain scission etch.). As for the hydrothermal environment the analysis of the results allowed to say that the plasticization is mainly activated under the specific conditions. Finally as far as the response of the materials under the cycled and combined environmental conditions is concerned, no certain conclusion for the main degradation mechanisms could be derived as the phonomemenon is too complicated.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/6350 |
| Date | 11 October 2013 |
| Creators | Κόλλια, Ευγενία |
| Contributors | Κωστόπουλος, Βασίλειος, Kollia, Eugenia, Κωστόπουλος, Βασίλειος, Παπανικολάου, Γεώργιος, Κροντηράς, Χριστόφορος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 6 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0025 seconds