Πειραματική μελέτη της ενίσχυσης θερμομηχανικής συμπεριφοράς γραμμικού πολυαιθυλενίου χαμηλής πυκνότητας με νανοσωλήνες άνθρακα - Χαρίτος, Ηλίας (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Μηχανικής, 2017)
Στην παρούσα διπλωματική εργασία, μελετήθηκαν πολυμερικά νανοσύνθετα υλικά LLDPE, με νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων ως νανοέγκλεισμα. Οι νανοσωλήνες άνθρακα προστέθηκαν στην πολυμερική μήτρα σε περιεκτικότητες 2, 4, 6 και 8 % κατά βάρος. Η παρούσα μελέτη αφορά τις θερμομηχανικές ιδιότητες των υλικών αυτών καθώς και την θεωρη- τική ανάλυση τους μέσω μικρομηχανικών και θερμικών μοντέλων προσέγγισης. ( Rule of mixtures, Halpin Tsai, modified Halpin Tsai, Halpin-Kardos, WLF & Arrhenius model) . Για την παράθεση πειραματικών αποτελεσμάτων, διεξήχθησαν τα εξής πειράματα στον τομέα Μηχανικής του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου : 1. Πειράματα εφελκυσμού Από τα πειράματα εφελκυσμού, φάνηκε ότι η προσθήκη νανοσωλήνων άνθρακα στο υλικό οδηγεί σε σημαντική βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων του. 2.Πειράματα δυναμικής μηχανικής ανάλυσης Από τα πειράματα της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης, προσδιορίστηκε η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης στους –30 οC και μελετήθηκε το μέτρο αποθήκευσης και απωλειών για κάθε δοκίμιο και για τρεις συχνότητες (3, 5 & 10) Hz. Συγκεκριμένα, παρατηρήθηκε ενίσχυση του μέτρου αποθήκευσης και μείωση του μέτρου απωλειών για κάθε δοκίμιο, με την προσθήκη νανοσωλήνων άνθρακα στο υλικό. Στα αντίστοιχα γραφήματα, παρουσιάζονται οι μεταβολές που παρουσιάστηκαν, καθώς το υλικό μεταβαίνει από την υαλώδη στην ιξωδοελαστική φάση. Στη συνέχεια, εξήχθησαν από τα δεδομένα της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης, οι μητρικές καμπύλες, μέσω κατάλληλου λογισμικού για την μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων του νανοσύνθετου υλικού σε ένα μεγάλο εύρος συχνοτήτων και προσδιορίστηκε ο οριζόντιος παράγοντας μετατόπισης. 3.Πειράματα διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης Μέσω του πειράματος της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης, παρατηρήθηκε το θερμογράφημα του υλικού. Η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης, δεν ήταν ευδιάκριτη μέσω του πειράματος λόγω της φύσης του υλικού (→ ημικρυσταλλικό υλικό ). Προσδιορίστηκε η θερμοκρασία τήξης κάθε δείγματος κατά μέσο όρο στους 127 οC και η κρυσταλλικότητα κάθε δείγματος, καθώς και η συμπεριφορά της με την αύξηση της περιεκτικότητας σε νανοσωλήνες άνθρακα. Συγκεκριμένα, παρατηρήθηκε αύξηση της κρυσταλλικότητας του υλικού, με αύξηση της περιεκτικότητας σε νανοσωλήνες άνθρακα. Επιπροσθέτως, μελετήθηκε το βήμα θερμοχωρητικότητας, που συντελείται κατά την υαλώδη μετάβαση και παρατηρήθηκε αυξητική τάση για μικρές περιεκτικότητες σε νανοσωλήνες άνθρακα. 4. Πείραμα ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης Με αυτό το πείραμα, μελετήθηκε η μορφολογία των δοκιμίων. Προέκυψε ότι υπάρχουν περιοχές με πολύ μικρή συγκέντρωση νανοσωματιδίων. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο δεν παρατηρήθηκε ηλεκτρική αγωγιμότητα σε δοκιμαστικά πειράματα ηλεκτρικών μετρήσεων. Επίσης, η διασπορά των νανοσωλήνων άνθρακα στο υλικό δεν είναι επιθυμητή. Τέλος, οι νανοσωλήνες άνθρακα που χρησιμοποιήθηκαν ως νανοέγκλεισμα, φαίνεται να σχηματίζουν σε κάποιες εικόνες συσσωματώματα.