Ανάπτυξη, χαρακτηρισμός και βελτιστοποίηση ιδιοτήτων μικρο- και νανο- σύνθετων τανυσμένων ινών πολυπροπυλενίου
Authors: Λεοντιάδης Κωνσταντίνος 
Published: February 2024

Στη παρούσα εργασία μελετήθηκαν διάφορα συστήματα σύνθετων και νανοσύνθετων τανυσμένων ινών πολυπροπυλενίου με ενισχυτικά όπως ο τάλκης, ο ατταπουλγίτης, ο βολλαστονίτης, οι νανοσωλήνες άνθρακα και ο τροποποιημένος μοντμοριλλονίτης. Αρχικά, μελετήθηκε ένα εύρος ανόργανων ενισχυτικών ως προς τη συμβολή τους στις τελικές μηχανικές και θερμικές ιδιότητες σύνθετων τανυσμένων ινών πολυπροπυλενίου. Επίσης, μελετήθηκαν και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ πρόσθετων, όπως του αντιοξειδωτικού και του συμβατοποιητή, αναδεικνύοντας τη σημαντικότητα της φύσης των πρόσθετων (πολική η μη φύση) και την επίδραση των αλληλεπιδράσεών τους στις τελικές ιδιότητες των σύνθετων ινών. Προέκυψε ότι όλα τα ανόργανα ενισχυτικά που μελετήθηκαν, εκτός από τον ατταπουλγίτη, εμφανίζουν θετική επίδραση τόσο στη θερμική σταθερότητα όσο και στις μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων τανυσμένων ινών. Στη συνέχεια, μελετήθηκε η τροποποίηση της επιφάνειας του βολλαστονίτη με οργανικά οξέα και η χρήση του τροποποιημένου βολλαστονίτη ως ενισχυτικού. Αρχικώς, εξετάστηκε η επίδραση στην τροποποίηση της επιφάνειας του βολλαστονίτη που έχει η χρήση, στη διαδικασία της τροποποίησης, ενός πολικού και ενός μη πολικού διαλύτη. Ακολούθως, μελετήθηκε η τροποποίηση της επιφάνειας του βολλαστονίτη με διάφορα λιπαρά οξέα και η επίδραση των τροποποιημένων πρόσθετων στις θερμικές και μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων τανυσμένων ινών πολυπροπυλενίου. Προέκυψε ότι ο τροποποιημένος βολλαστονίτης δεν είχε θετική επίδραση στη μηχανική αντοχή των τανυσμένω ινών. Ακολούθησε η μελέτη του συστήματος PP-βολλαστονίτη, με χρήση κοινού συμβατοποιητή συμπολυμερούς πολυπροπυλενίου με μηλεϊνικό ανυδρίτη, υπό το πρίσμα σχεδιασμού πειραμάτων. Επιλέχθηκε να μελετηθεί η επίδραση του ποσοστού του ατροποποίητου βολλαστονίτη, του ποσοστού μήτρας του συμβατοποιητή και του λόγου τάνυσης. Προέκυψε ότι ο λόγος τάνυσης εμφανίζει την πιο σημαντική επίδραση στη μηχανική αντοχή και ακολουθεί η θετική επίδραση του ποσοστού βολλαστονίτη. Η αύξηση του ποσοστού της μήτρας συμβατοποιητή έχει αρνητική επίδραση στην αντοχή στη θραύση. Στην συνέχεια μελετήθηκαν σύνθετες τανυσμένες ίνες με τάλκη και σύνθετες τανυσμένες ίνες με νανοσωλήνες άνθρακα. Προέκυψε ότι σε υψηλούς λόγους τάνυσης (π.χ. 9) αντιστρεφόταν η θετική επίδραση που εμφάνιζε η εισαγωγή του τάλκη σε χαμηλότερους λόγους τάνυσης (π.χ. 7). Η μελέτη των σύνθετων τανυσμένων ινών με νανοσωλήνες άνθρακα εστίασε στην επίδραση του ποσοστού του αντιοξειδωτικού και στα όρια της θετικής επίδρασης του λόγου τάνυσης. Προέκυψε ότι για λόγους τάνυσης πάνω από περίπου 18 η θετική επίδραση της τάνυσης αντιστρεφόταν πιθανώς λόγο υπερέκταση της ίνας. Τέλος, με στόχο την ανάπτυξη νανοσύνθετων ινών επιλέχθηκε η μελέτη δύο ειδών τροποποιημένου μοντμοριλλονίτη, Cloisite 10A και 15A, ως ενισχυτικών με χρήση σχεδιασμού πειραμάτων. Σε αυτά τα πλαίσια μελετήθηκε η επίδραση του ποσοστού του πρόσθετου (από 0 έως 2%), του ποσοστού της μήτρας του συμβατοποιητή (από 0 έως 4%) και η θερμοκρασία τάνυσης (από 100 έως 140 °C). Προέκυψε ότι η βέλτιστη θερμοκρασία τάνυσης για να επιτευχθεί η μέγιστη μηχανική αντοχή είναι οι 110 °C. Ενώ από τα ακτινογραφήματα XRD προκύπτει ότι επιτεύχθηκε πλήρως διασπαρμένη μορφή των φυλλιδίων του ενισχυτικού. Κυριότερο συμπέρασμα που εξήχθη είναι ότι η επίδραση των ανόργανων ενισχυτικών στη μηχανική αντοχή των τανυσμένων ινών είναι πολύ μικρή σε σχέση με τη δραματική αύξηση της μηχανικής αντοχής λόγω της τάνυσης.