Evaluation of the mechanical and physical properties of fibre reinforced epoxy composites produced by microwave assisted RTM processing
Authors: Παπαργύρης Δημήτριος 
Published: February 2022

Σε αυτή την εργασία, η θέρμανση με μικροκύματα ενσωματώθηκε στην τεχνική χύτευσης με μεταφορά ρητίνης (RTM) και χρησιμοποιήθηκε για την επιτυχή κατασκευή σύνθετων εποξειδικών υλικών με ίνες άνθρακα και υάλου. Ένα νέο εργαλείο χύτευσης κατασκευασμένο από Macor, ένα επεξεργάσιμο κεραμικό γυαλί, χρησιμοποιήθηκε στην μικροκυματική επεξεργασία RTM, ως υποκατάστατο του μεταλλικού καλουπιού που χρησιμοποιείται στη συμβατική θερμική επεξεργασία RTM. Το σύστημα εποξυ-αμίνης LY/HY5052 χρησιμοποιήθηκε ως μήτρα, ενισχυμένο με υφαντό ύφασμα από ίνες άνθρακα και υάλου, αντίστοιχα. Σύνθετα υλικά κατασκευάστηκαν επίσης συμβατικά στην ίδια θερμοκρασία σκλήρυνσης όπως με την μικροκυματική επεξεργασία για λόγους σύγκρισης. Το σύστημα ελέγχου διατήρησε μια σταθερή θερμοκρασία σκλήρυνσης ρυθμίζοντας την ισχύ των μικροκυμάτων και πέτυχε ομοιόμορφη θέρμανση μεταβάλλοντας τη συχνότητα διέγερσης μεταξύ 4 - 8 GHz. Η μέγιστη διαθέσιμη ισχύς στη θέρμανση μέσω μικροκυμάτων ήταν 250 W, σε αντίθεση με τα 4 kW στη συμβατική θέρμανση. Μέσω της χρήσης μικροκυματικής θέρμανσης, επιτεύχθηκε μείωση του χρόνου του κύκλου σκλήρυνσης κατά 50%.Όλες οι πλάκες σύνθετων υλικών που κατασκευάστηκαν εμφάνισαν ελάχιστη διακύμανση πάχους και σκληρύνθηκαν πλήρως, επιτυγχάνοντας βαθμό σκλήρυνσης πάνω από 99%, ενώ παρόμοιες τιμές Tg λήφθηκαν μεταξύ δειγμάτων που σκληρύνθηκαν συμβατικά και με μικροκύματα. Η υαλώδης μετάπτωση, ωστόσο, φάνηκε να είναι πιο έντονη για τα σύνθετα υλικά LY/HY5052/άνθρακα που σκληρύνθηκαν με μικροκύματα από εκείνα που σκληρύνθηκαν θερμικά. Παρόλο που δεν παρατηρήθηκε διαφορά στην ένταση της χαμηλότερης θερμοκρασίας β-μετάπτωση μεταξύ των δύο τύπων σύνθετων υλικών LY/HY5052/άνθρακα, η θέση της κορυφής της β-μετάπτωσης μετατοπίστηκε κατά 15°C σε υψηλότερη θερμοκρασία για τα δείγματα που σκληρύνθηκαν με μικροκύματα. Αντίθετα, οι εντάσεις της υαλώδους και της β-μετάπτωσης για τα σύνθετα υλικά LY/HY5052/υάλου που έχουν σκληρυνθεί τόσο με θερμική επεξεργασία όσο και με μικροκύματα ήταν παρόμοιες. Ωστόσο, μια μικρότερη μετατόπιση 4°C στη θέση της κορυφής της β-μετάπτωσης σε υψηλότερη θερμοκρασία, παρατηρήθηκε για τα δείγματα που σκληρύνθηκαν με μικροκύματα. Τα σύνθετα υλικά LY/HY5052/άνθρακα που σκληρύνθηκαν με μικροκύματα εμφάνισαν υψηλότερο μοριακό βάρος μεταξύ των σταυροδεσμών και χαμηλότερη πυκνότητα σταυροδεσμών από τα αντίστοιχα θερμικά σκληρυμένα, ενώ οι αντίστοιχες τιμές ήταν συγκρίσιμες και για τους δύο τύπους σύνθετων υλικών με ίνες υάλου. Οι εντάσεις των ζωνών απορρόφησης της ομάδας αιθέρα αυξήθηκαν στα φάσματα IR των θερμικά σκληρυμένων σύνθετων υλικών LY/HY5052/άνθρακα σε σύγκριση με εκείνες των αντίστοιχων που σκληρύνθηκαν με μικροκύματα, υποδηλώνοντας ότι η αντίδραση αιθεροποίησης εποξειδίου-υδροξυλίου έλαβε χώρα πιο εύκολα κατά τη θερμική σκλήρυνση. Ωστόσο, αυτή η αύξηση φάνηκε να είναι λιγότερο εμφανής μεταξύ των δύο τύπων σύνθετων υλικών LY/HY5052/υάλου.Τα παραγόμενα σύνθετα υλικά παρουσίασαν ελάχιστη περιεκτικότητα σε κενά (<2%) και συνολικά ελαττώματα. Η αντοχή σε κάμψη και ο συντελεστής κάμψης των σύνθετων υλικών LY/HY5052/άνθρακα που σκληρύνθηκαν με μικροκύματα ήταν παρόμοια με εκείνα που σκληρύνθηκαν θερμικά, ενώ η διαστρωματική διατμητική αντοχή τους ήταν υψηλότερη. Από την άλλη πλευρά, οι ιδιότητες σε κάμψη και η διαστρωματική διατμητική αντοχή ήταν συγκρίσιμες μεταξύ των σύνθετων υλικών LY/HY5052/υάλου που έχουν σκληρυνθεί θερμικά και με μικροκύματα. Αυτά τα ευρήματα υποστηρίχθηκαν από παρατηρήσεις της μορφολογίας της επιφάνειας θραύσης των σύνθετων υλικών που υποβλήθηκαν σε μηχανικό έλεγχο μέσω SEM. Επιπλέον, οι διηλεκτρικές ιδιότητες της μη σκληρυνθείσας ρητίνης μειώθηκαν εκθετικά με το χρόνο κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης με μικροκύματα. Τόσο τα θερμικά όσο και με μικροκύματα σκληρυμένα σύνθετα υλικά LY/HY5052/άνθρακα και LY/HY5052/υάλου, αντίστοιχα, παρουσίασαν παρόμοιες διηλεκτρικές ιδιότητες, με εξαίρεση μια υψηλότερη διηλεκτρική σταθερά για τα θερμικά σκληρυμένα σύνθετα υλικά LY/HY5052/άνθρακα σε σύγκριση με αυτά που σκληρύνθηκαν με μικροκύματα.