Παρασκευή τροποποιημένων προτύπων σύνθετων υλικών ινών άνθρακα/εποξειδικής ρητίνης και μελέτη της διεπιφάνειας με χρήση φασματοσκοπίας Raman

Abstract

Τις τελευταίες δεκαετίες οι ίνες άνθρακα χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο ως μέσο ενίσχυσης συνθέτων υλικών σε προηγμένες τεχνολογικές εφαρμογές, λόγω των εξαιρετικών μηχανικών ιδιοτήτων τους. H κυριότερη παράμετρος που καθορίζει τη μηχανική συμπεριφορά ενός συνθέτου υλικού είναι η ποιότητα του διεπιφανειακού δεσμού μεταξύ του μητρικού υλικού και του μέσου ενίσχυσης. Πολλές μέθοδοι έχουν αναπτυχθεί για την επιφανειακή επεξεργασία των ινών άνθρακα, στοχεύοντας κυρίως στην επιφανειακή τροποποίηση τους μέσω της χημικής οξείδωσης, με τη χρήση ηλεκτρολυτικών μεθόδων, επεξεργασίας με πλάσμα κ.α. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται βελτίωση της αλληλεπίδρασης μεταξύ της φάσης ενίσχυσης με τη μήτρα, με την ανάπτυξη κατάλληλων χημικών δεσμών ή την αύξηση της επιφανειακής τους τραχύτητας. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι ο μηχανικός και φασματοσκοπικός χαρακτηρισμός τροποποιημένων σύνθετων υλικών ινών άνθρακα/εποξειδικής ρητίνης, με την ανάπτυξη μιας νέας, εύχρηστης και φιλικής προς το περιβάλλον επιφανειακής τροποποίησης (εποξείδωση) των ινών. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζεται αρχικώς η μικρομηχανική μελέτη που έλαβε χώρα μέσω της χρήσης πρότυπων συνθέτων υλικών μονής ίνας, με σκοπό (α) τη μελέτη της πρόσφυσης των επιμέρους φάσεων που απαρτίζουν το σύνθετο υλικό (μήτρα και μέσο ενίσχυσης) και (β) την καταγραφή της εξέλιξης της διεπιφανειακής βλάβης που μπορεί να παρατηρηθεί στο σύνθετο υλικό όταν αυτό υπόκεινται σε μηχανική καταπόνηση. Κατόπιν γίνεται η αξιολόγηση των μακροσκοπικών ιδιοτήτων μακροσκοπικών συνθέτων (Vf ~ 60 %) μετά από τη χημική κατεργασία. Ο χαρακτηρισμός των δειγμάτων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση διαφορετικών τεχνικών όπως τη φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων-Χ (XPS), την ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), τη φασματοσκοπία Raman και διαφόρων μηχανικών δοκιμών. Τέλος, παρουσιάζεται η διαδικασία παρασκευής και ο μηχανικός χαρακτηρισμός υβριδικών σύνθετων υλικών ινών άνθρακα και πολυμερικής μήτρας (πρότυπα και πλήρους κλίμακας) στην οποία πραγματοποιήθηκε εισαγωγή διδιάστατων υλικών, όπως το γραφένιο, με στόχο την έρευνα της επίδρασης των 2D υλικών στις μηχανικές ιδιότητες του τελικού συνθέτου υλικού.