Μελέτη αραμιδικών ινών Kevlar-49 με φασματοσκοπία Raman υπό υψηλή πίεση
Creators: name: Σόρογκα, Νίκη Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Υψηλή πίεση
Φασματοσκοπία Raman
Aραμιδικές ίνες
High Pressure
Raman Spectroscopy
Αramide fibres

description: Το Kevlar-49 {πολυ-(π-φαινυλενo-τερεφθαλαμίδιο), PPTA} είναι ένα πολύ ελαφρύ πολυμερές με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες. Λόγω του υψηλού μέτρου ελαστικότητας, αλλά και της αντοχής του σε εφελκυσμό, χρησιμοποιείται ευρέως ως ίνες μέσα σε σύνθετα υλικά πολυμερικής μήτρας, σε στολές διαστημικής αλλά και σε οπτικές ίνες. Η μοριακή δομή του Κevlar αποτελείται από πολυμερείς αλυσίδες, όπου αρωματικοί δακτύλιοι συνδέονται με αμιδικές ομάδες. Οι μακριές αυτές αλυσίδες είναι ισχυρά προσανατολισμένες. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, μελετήθηκε η απόκριση των τρόπων δόνησης του Kevlar-49 στην επίδραση τόσο της υψηλής υδροστατικής πίεσης όσο και της μονοαξονικής εφελκυστικής τάσης με τη χρήση φασματοσκοπίας Raman. Για την επίτευξη των υψηλών υδροστατικών πιέσεων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος κυψελίδας άκμονος διαμαντιού με γλυκερόλη ως μέσο μετάδοσης της πίεσης, η εκτίμηση της οποίας πραγματοποιήθηκε μέσω της φωτοφωταύγειας του ρουμπινιού. Παρατηρήθηκε ότι με την αύξηση της υδροστατικής συμπιεστικής πίεσης η πλειοψηφία των παρατηρηθέντων κορυφών Raman μετατοπίζεται αντιστρεπτά προς υψηλότερες συχνότητες, ενώ με την αύξηση της μονοαξονικής εφελκυστικής τάσης προς χαμηλότερες. Η χαμηλότερης συχνότητας κορυφή στους 155 cm-1 παρουσιάζει σημαντική ελάττωση της έντασής της καθώς και μία μη γραμμική απόκριση στην υδροστατική πίεση, έχοντας αρχική κλίση πολύ μεγαλύτερη από των υπολοίπων κορυφών, γεγονότα που παραπέμπουν σε εξωτερικό τρόπο δόνησης του συστήματος (μεταξύ των πολυμερών αλυσίδων). Από την άλλη, κατά την εφαρμογή εφελκυστικής τάσης η χαμηλόσυχνη αυτή κορυφή μετατοπίζεται, με μικρή σχετικά κλίση, προς μεγαλύτερες συχνότητες. Επιπρόσθετα, η υψηλότερης συχνότητας κορυφή στους 1647 cm-1, που αποδίδεται κυρίως σε εκτάσεις του δεσμού C=O (Αμίδιο I), παρουσιάζει πρακτικά μηδενική κλίση στην εφαρμογή της υδροστατικής πίεσης (-0.4 cm-1GPa-1). Τα πειραματικά αποτελέσματα καταδεικνύουν πως η μείωση του όγκου του συστήματος κατά την εφαρμογή υδροστατικής συμπιεστικής πίεσης απορροφάται κατά κύριο λόγο από τους πολύ ασθενέστερους δεσμούς υδρογόνου
description: Kevlar-49 {poly-(p-phenylene-terephthalamide), PPTA} is a light weight polymer with unique physiochemical properties. Due to its high tensile strength and modulus it has a wide range of applications such as aramid fiber in composite materials, space suits and fiber optic cables. The molecular structure of Kevlar consists of polymeric chains in which aromatic rings connect through amide groups. The long chains are highly oriented. In this work, Raman spectroscopy has been used to study the hydrostatic pressure and uniaxial tensile stress response of Kevlar-49. Pressure was generated in a diamond anvil cell with glycerol as pressure transmitting medium and calibrated using the ruby fluorescence technique. With increasing pressure, the majority of the Raman peaks shift reversibly to higher frequencies, while under uniaxial tensile stress the majority of the observed peaks shift to lower frequencies. The lowest frequency Raman peak (~155 cm-1) exhibits a relatively strong intensity attenuation and a sublinear pressure response with initial slope higher than the rest of the peaks, implying that it could be assigned to an external interchain mode of the system (between the polymeric chains). This is further supported by its blueshift upon uniaxial stress application. The highest Raman peak at 1647 cm-1, attributed mainly to the C=O (Amide I) stretching vibration, displays a nearly zero pressure slope under hydrostatic pressure (-0.4 cm-1GPa-1). Hence the experiments have shown that the volume reduction of the sample upon hydrostatic pressure application is mainly absorbed by the weaker interchain hydrogen bonds
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)