Ανάπτυξη και εφαρμογή συνθέτων υλικών φιλικών προς το περιβάλλον
Authors: Αναστασίου Δημήτριος 
Published: March 2022

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκαν κατ’ αρχάς οι δυνατότητες του ινώδους φυσικού υλικού Luffa Cylindrica (LC) να χρησιμοποιηθεί για την ενίσχυση θερμοσκληρυνόμενων ρητινών εποξικής ρητίνης (ER) με σκοπό την κατασκευή ενός μηχανολογικού υλικού που θα συνεισφέρει σε έναν πιο βιώσιμο κόσμο. Προκειμένου να βελτιστοποιηθούν οι τελικές μηχανικές ιδιότητες, κατασκευάστηκαν «ημι-πράσινα» σύνθετα ER/LC, εφαρμόζοντας έναν αριθμό διαφορετικών συνδυασμών κατασκευαστικών παραμέτρων. Οι παράμετροι παρασκευής που ελήφθησαν υπόψη και που μελετήθηκε η επίδρασή τους στη συμπεριφορά του σύνθετου υλικού, ήταν: α) διάφορες χημικές επεξεργασίες ινών, (β) η εξωτερικά εφαρμοζόμενη πίεση κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης, γ) ο αριθμός των στρώσεων, (δ) η αλληλουχία στοίβαξης, ε) τα δομικά χαρακτηριστικά της LC και (στ) η επίδραση του κλάσματος βάρους των ινών. Η απόκριση της ελαστικής κάμψης του σύνθετου υλικού βρέθηκε βελτιωμένη σε σχέση με την απόκριση του καθαρού πολυμερούς λόγω της φύσης των ινών και της διαδικασίας βελτιστοποίησης της εφαρμοζόμενης κατασκευής. Η βελτίωση αυτή αντανακλάται στην δυσκαμψία του υλικού, η οποία αυξήθηκε κατά 48% για μηχανικά εφαρμοζόμενη πίεση 4,6 KPa κατά τη διάρκεια της ωρίμανσης. Επιπλέον, οι ίνες LC οι οποίες υποβλήθηκαν σε χημική επεξεργασία με ακετόνη / CH3COOH 1% κ.β. οδήγησαν σε βελτίωση της ακαμψίας έως και 30%.Επίσης, σε μια άλλη προσπάθεια, αναπτύσσεται ένα νέο, φιλικό προς το περιβάλλον εποξικό συγκολλητικό, χρησιμοποιώντας υλικά που διατίθενται στο εμπόριο και επιτυγχάνει 12% αύξηση στην περιεκτικότητα σε πράσινο άνθρακα και 22% αύξηση στην αντοχή στη διάτμηση.Το φιλικό προς το περιβάλλον εποξικό αυτό σύστημα του εμπορίου, στη συνέχεια, ενισχύεται με ξηρή σκόνη ελαιοπυρήνων προκειμένου να δώσει ένα φιλικό προς το περιβάλλον σύνθετο συγκολλητικό. Μελετάται η συμπεριφορά αυτών των δύο υλικών όταν χρησιμοποιούνται ως κόλλες σε συνδέσμους και προσδιορίζονται οι κύριες διατμητικές ιδιότητες. Για την κατασκευή συγκολλητών συνδέσμων, με παχύ στρώμα υγρής ρητίνης, χωρίς στάδιο προ-σκλήρυνσης (προκειμένου να επιτευχθούν βελτιωμένες ιδιότητες), κατασκευάζονται και δοκιμάζονται δύο σχήματα χύτευσης της περιοχής επικάλυψης, ένα σε διαμόρφωση απλού μέτρου και ένα δεύτερο σε διαμόρφωση μικτού μέτρου. Επιτυγχάνεται επίσης, αύξηση κατά 30% της αντοχής σε διάτμηση, όταν εφαρμόζεται μια φιλική προς το περιβάλλον εποξική κόλλα σε κάθε άκρο της περιοχής συγκόλλησης στη λειτουργία μικτού μέτρου, αντί για μια εποξική κόλλα με βάση τα ορυκτά. Επιπλέον, προτείνεται και παρουσιάζεται η εφαρμογή του Μοντέλου Πρόβλεψης Ιδιοτήτων, μια τροποποίηση και επέκταση του Μοντέλου Πρόβλεψης του Μέτρου, αποσκοπώντας στην ακριβή πρόβλεψη της διατμητικής αντοχής και της παραμόρφωσης σε σειρά σωματιδιακών σύνθετων συγκολλητικών υλικών. Όταν το μοντέλο εφαρμόζεται στα προαναφερθέντα σύνθετα υλικά, αποδεικνύεται ικανό να προβλέψει με ακρίβεια τις κύριες αυτές ιδιότητες διάτμησης.Σε μια τρίτη προσπάθεια και επειδή τα ενισχυμένα με φυσικές ίνες θερμοσκληρυνόμενα σύνθετα υλικά έχουν εξαιρετικές ιδιότητες, αλλά, λόγω της υγροσκοπικής φύσης των ινών, τα υλικά αυτά μπορεί να υποφέρουν από τις συνέπειες απορρόφησης υγρασίας (Η Luffa cylindrica είναι εξαιρετικά υγροσκοπική) αναπτύχθηκε μια τεχνολογία για την κατασκευή ανθεκτικών στην υγρασία εποξικών συνθέτων υλικών ενισχυμένων με LC και διερευνήθηκαν οι διάφορες παράμετροι που επηρεάζουν τη διεργασία κατασκευής χρησιμοποιώντας μακροχρόνια πειράματα απορρόφησης υγρασίας και Δυναμική Μηχανική Ανάλυση των ξηρών και υγρών δοκιμίων. Η τεχνολογία αυτή καταλήγει σε μια, ενισχυμένη με LC, μήτρα διπλής στιβάδας που κατασκευάζεται από μια πρώτη στιβάδα που αποτελείται από τροποποιημένο με λινέλαιο εποξικό σύστημα και μια τελική μη τροποποιημένη εποξική στοιβάδα. Το παραγόμενο σύνθετο προσφέρει μειωμένη απορροφητικότητα νερού κατά 33% και πρακτικά ταυτόσημη Tg, σε σύγκριση με το καθαρό, ενισχυμένο με LC, εποξικό. Η ίδια τεχνολογία εφαρμόζεται στην κατασκευή ανθεκτικών στο νερό συνθέτων υλικών ενισχυμένων με LC από φιλική προς το περιβάλλον, τόσο μήτρα, όσο και ενίσχυση.