Κατασκευή και μηχανικές ιδιότητες σύνθετων υλικών νεολάκης με ίνες άνθρακα και νανοσωλήνες άνθρακα ως πρόδρομων υλικών για σύνθετα υλικά άνθρακα - άνθρακα - Σεμιτέκολος, Διονύσης (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ), 2016)
Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η κατασκευή συνθέτων υλικών άνθρακα – άνθρακα. Το αρχικό σύνθετο που χρησιμοποιήθηκε είχε ως μήτρα ρητίνη φαινόλης – φορμαλδεΰδης (νεολάκη) εργαστηριακής συνθέσεως, με αντίστοιχο σκληρυντή την εξαμεθυλενοτετραμίνη (“Hexa”) και ως μέσο ενίσχυσης εμπορικές ίνες άνθρακα σε ποσοστό 15% v/v και νανοσωλήνες άνθρακα σε ποσοστό 0 % έως 2.5 % w/w. Αρχικά έγινε διαβροχή των ινών άνθρακα με διάλυμα της μη σκληρυμένης ρητίνης σε μίγμα διαλυτών (μεθανόλη – νερό: 80%-20 %v/v) και μετά ακολούθησε σκλήρυνση της ρητίνης πάνω στις ίνες, προς δημιουργία φύλλων “prepreg”. Στη συνέχεια, τα φύλλα “prepreg” και κατάλληλη ποσότητα της μήτρας (μείγμα νεολάκης – Ηexa σε αναλογία 7:2 και νανοσωλήνες άνθρακα, στην κατάλληλη περιεκτικότητα), διαστρωματώθηκαν σε μεταλλικό καλούπι και μορφοποιήθηκαν υπό πίεση (13 MPa) με ταυτόχρονη θέρμανση στους 175 °C για 40 min. Τα σύνθετα υλικά πολυμερικής μήτρας που κατασκευάστηκαν, πυρολύθηκαν σε θερμοκρασίες μέχρι 1000 °C σε αδρανή ατμόσφαιρα αζώτου. Στα δοκίμια του συνθέτου υλικού, τόσο πριν όσο και μετά την πυρόλυση, μετρήθηκαν οι μεταβολές στο βάρος, οι αντοχές σε κάμψη και σε διάτμηση και έγινε ένας ποιοτικός χαρακτηρισμός μέσω της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης (SEM). Σχετικά με τις μεταβολές των διαστάσεων των δοκιμίων, τόσο πριν όσο και μετά την πυρόλυση, η πλέον αξιόλογη μεταβολή είναι η μεταβολή του βάρους τους, λόγω της ανθρακοποίησης της πολυμερικής μήτρας που λαμβάνει χώρα. Υπολογίστηκε ότι η απώλεια βάρους κατά την πυρόλυση είναι της τάξεως του 33 %, για όλα τα σύνθετα υλικά με ή χωρίς νανοσωλήνες άνθρακα. Τα σύνθετα άνθρακα – άνθρακα παρουσιάζουν γενικά μικρότερη αντοχή σε κάμψη και διάτμηση από τα αρχικά, κάτι που οφείλεται στους κενούς χώρους που δημιουργήθηκαν κατά την πυρόλυση. Μετά τις πυρολύσεις τα δοκίμια εμφανίζουν μακροσκοπικά ρωγμές οι οποίες επιβεβαιώνονται από την παρατήρηση κατά την Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης (SEM). Το συνολικό πορώδες των συνθέτων υλικών άνθρακα – άνθρακα που προέκυψαν μετά από πυρόλυση συνθέτων υλικών νεολάκης – ινών άνθρακα με ή χωρίς νανοσωλήνες άνθρακα κυμαίνεται από 0.5 έως 1.6 % της συνολικής επιφάνειας του συνθέτου υλικού άνθρακα – άνθρακα. Επιπλέον, τόσο στα σύνθετα υλικά χωρίς νανοσωλήνες άνθρακα, όσο και σε αυτά με διάφορα ποσοστά νανοσωλήνων άνθρακα, το μικρό πορώδες (διάμετρος πόρων d = 1.74 μm έως 4.56 μm) αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο ποσοστό (από 0.4 έως 1.2 % της συνολικής επιφάνειας), σε σχέση με το μεσαίο και το μεγάλο πορώδες.