Επίδραση γραφενικών νανοπροσθηκών σε σύνθετο μονοστρωματικό υλικό εποξικής ρητίνης/υαλοϋφάσματος. - Ζουφιάκος, Κωνσταντίνος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών, 2016)
Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στον τομέα τεχνολογίας των κατεργασιών και αντικείμενο της αποτέλεσε η μελέτη της επίδρασης των γραφενικών νανοδομών (GNPs-Graphene Nanoplatelets) σε σύνθετα μονοστρωματικά υλικά εποξικής μήτρας με ενίσχυση υαλοϋφάσματος. Πραγματοποιήθηκε ενσωμάτωση των νανοδομών γραφενίου σε σύστημα εποξικής ρητίνης με ανάδευση σε θερμοκρασία δωματίου και εν συνεχεία για την παρασκευή σύνθετων μονοστρωματικών υλικών έγινε εμποτισμός του εν λόγω μίγματος σε υλικό ενίσχυσης με την μέθοδο hand-lay-up. Το υλικό ενίσχυσης του οποίου έγινε χρήση ήταν υαλοϋφασμα δύο διαφορετικών τύπων πλέξης (Twill 2x2, UD) . Η προσθήκη των γραφενικών νανοδομών έγινε σε περιεκτικότητες από 0% w.t. έως 5% w.t. και στα παραχθέντα δοκίμια έγιναν μηχανικές δοκιμές (εφελκυσμός, διάσχιση) . Οι δοκιμές εφελκυσμού, κατά το διεθνές πρότυπο ASTM D3039/D3039M-00, έδειξαν σημαντική βελτίωση της μέγιστης τάσης (UTS-Ultimate Tensile Strength) στα δοκίμια ενίσχυσης πλέξης UD. Πιο συγκεκριμένα, για κάθε περιεκτικότητα προσθήκης σε γραφενικές νανοδομές (από 1% έως 5% w.t.) σημειώθηκε ποσοστιαία αύξηση που σε αρκετές περιπτώσεις ξεπέρασε ακόμη και το 100%. Αντιθέτως, τα δοκίμια ενίσχυσης πλέξης Twill 2x2 αντέδρασαν αρνητικά. Ειδικότερα, η μέγιστη τάση (UTS) με εξαίρεση την περιεκτικότητα 1% w.t.GNPs, σημείωσε χειρότερες επιδόσεις σε σχέση με το δοκίμια τα οποία δεν περιείχαν προσθήκη γραφενικών νανοδομών. Όσον αφορά στις δοκιμές διάσχισης, που πραγματοποιήθηκαν βάσει του διεθνούς προτύπου ASTM D2261-96, η προσθήκη γραφενικών νανοδομών (GNPs) δεν φάνηκε να επηρεάζει το ίδιο τις μηχανικές ιδιότητες των μονοστρωματικών σύνθετων υλικών κάθε περιεκτικότητας. Παρουσιάστηκε βέβαια μια βελτίωση χωρίς ιδιαίτερες αποκλίσεις για κάθε περιεκτικότητα σε GNPs. Πιο συγκεκριμένα, στις περιεκτικότητες 1% και 2% w.t. GNPs παρουσιάστηκε σημαντική βελτίωση της τάξης του 50% σε σχέση με το μέγιστο φορτίο και 54% σε σχέση με την μέγιστη τάση. Οι περιεκτικότητες 3%, 4% και 5%w.t.GNPs δεν αντέδρασαν καθόλου στην προσθήκη γραφενικών νανοδομών σημειώνοντας σχεδόν την ίδια επίδοση σε σχέση με το δοκίμιο που δεν δέχτηκε προσθήκη σε γραφενικές νανοδομές. Βέβαια, επιχειρήθηκε να μελετηθεί και το πώς επιδρά η επιβολή δευτερογενούς θερμικής θεραπείας (post-curing) σε ορισμένα δοκίμια, όσον αφορά στην απόδοση τους σε μηχανικές δοκιμές εφελκυσμού, βάσει του διεθνούς προτύπου ASTM D3039/D3039M-00. Πρόκειται για μονοστρωματικά δοκίμια εποξικής ρητίνης/υαλοϋφάσματος τόσο πλέξης Twill 2x2 όσο και μονοδιευθυντικής πλέξης 2% w.t. GNPs, τα οποία αρχικά υπέστησαν θερμική θεραπεία σε θερμοκρασία περιβάλλοντος για 7 ημέρες. Η επιβολή δευτερογενούς θερμικής θεραπείας πραγματοποιήθηκε σε κλίβανο του εργαστηρίου και οι συνθήκες που επιλέχθηκαν ήταν οι ακόλουθες: Για τα δοκίμια ενίσχυσης υαλοϋφάσματος πλέξης UD:  Παραμονή σε εργαστηριακό κλίβανο στους 50°C για 4h, 8h, 18h και 24h.  Παραμονή σε εργαστηριακό κλίβανο στους 80°C για 4h, 8h, 18h και 24h.  Παραμονή σε εργαστηριακό κλίβανο στους 100°C για 4h, 8h, 18h και 24h.  Παραμονή σε εργαστηριακό κλίβανο στους 120°C για 4h, 8h, 18h και 24h. Για την ενίσχυση υαλοϋφάσματος πλέξης Twill 2x2:  Παραμονή σε εργαστηριακό κλίβανο στους 50°C για 1h και 4h. Και στους δύο τύπους πλέξης σημειώθηκε σημαντική ενίσχυση της μέγιστης τάσης σε εφελκυσμό (UTS-Ultimate Tensile Strength) με την περίπτωση των δοκιμίων ενίσχυσης πλέξης Twill 2x2 να ξεπερνά σε αύξηση το ποσοστό του 70%. Από το σύνολο των ελέγχων και των πειραματικών διαδικασιών που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, προκύπτει τελικά το συμπέρασμα ότι η προσθήκη σε νανοδομές γραφενίου σε ποσοστό 2%, δείχνει να επιδρά θετικότερα όσον αφορά στην επίδοση των μονοστρωματικών σύνθετων υλικών.