Hybrid composites consisting of a thermosetting matrix, nano-particles and macro-fibres

Abstract

Η χρήση των σύνθετων υλικών σε πολλούς κλάδους της βιομηχανίας, πρωτίστως αυτούς της αεροναυπηγικής και αεροδιαστημικής, έχει ενισχύσει και εξελίξει το ρόλο αυτού του είδους υλικών στην καθημερινότητα των ανθρώπων. Η χαμηλή αντοχή των σύνθετων πολύστρωτων υλικών σε θλιπτικές φορτίσεις , παράλληλα στην κατεύθυνση των ινών, μας οδηγεί, στην εύρεση μεθόδων ενίσχυσης της πολυμερικής μήτρας με νανοσωματίδια. Ο στόχος είναι η ενίσχυση του μέτρου ελαστικότητας της μήτρας, ώστε να εμποδίζει τον λυγισμό των ινών και να αυξήσει με αυτόν τον τρόπο την αντοχή του συνθέτου σε θλίψη. Οι μηχανικές ιδιότητες της μήτρας ενισχύονται από τα νανοσωματίδια. Μια μέθοδος ανάμειξης των νανοσωματιδίων στο πολυμερές και ταυτόχρονα προετοιμασίας της μήτρας, είναι η χρήση ενός κολλοειδούς αιωρήματος. Τα κατάλληλα προετοιμασμένα σωματίδια διασπείρονται στο εσωτερικό ενός αιωρήματος, του διαλύτη. Στη συνέχεια, υπό συνεχή ανάδευση, η ρητίνη προστίθεται στο αιώρημα, ο διαλύτης εξατμίζεται και οι πολυμερικές αλυσίδες μπορούν να διεισδύσουν μεταξύ των νανοσωματιδίων. Η παρούσα εργασία πραγματεύεται την ανάπτυξη και χαρακτηρισμό των υβριδικών νάνο-μακρο σύνθετων υλικών αποτελούμενα από ένα θερμοσκλυρηνόμενο πολυμερές (π.χ. εποξειδική ρητίνη) ενισχυμένο από νανοσωματίδια (νανοσωλήνες άνθρακα, φύλλα γραφένιου και/ή μοντμοριλλονίτη) ως μήτρα και ίνες άνθρακα ή γυαλιού ως μακρο-ενίσχυση. Θα προσδιορίσουμε την αναλογία τάσης-παραμόρφωσης του συνθέτου, την αντοχή του σε θραύση, την εφελκυστική και θλιπτική τάση του καθώς και τη συμπεριφορά του υπό κάμψη τριών σημείων.

The use of composites in many sectors of the industry, primarily in those of aeronautical and aerospace, has strengthened and evolved the role of such materials in people’s everyday lives. The low strength of composite laminate materials to compressive loads, parallel to the fiber direction, leads us to find new methods of enhancing the polymeric matrix with nanoparticles. The mechanical properties of the matrix are supported by those of the nanoparticles, once they ‘ve been successfully dispersed with the aid of a solvent. Then, with continuous stirring, the resin is added to the suspension, so that the polymeric chains penetrate between the nanoparticles. The present paper deals with the analysis of specific experimental data such as: The fracture toughness of a composite material, which includes a matrix of epoxy resign with carbon nanotube reinforced with carbon fibers, the strain and stress analysis, when tensile and compressive strength is present, it’s behavior to three-point bending and it’s impact strength. The objective is to enhance the elastic modulus of the matrix, in order to prevent buckling of the fibers and increase in this way the compressive strength of the composite.