Μετρήσεις Ηλεκτρικής Αγωγιμότητας για Αίσθηση Φθοράς σε Σύνθετα Υλικά

Abstract

Σκοπός της εργασίας αυτής είναι να μελετηθεί η αίσθηση φθοράς ενός σύνθετου υλικού λόγω μηχανικής καταπόνησης, μετρώντας τις μεταβολές της ηλεκτρικής του αγωγιμότητας που αυτή επιφέρει. Τα σύνθετα υλικά που μελετήθηκαν είχαν μήτρα από πολυαιθερ-αιθερ-κετόνη (PEEK) ή πολυπροπυλένιο (PΡ), ενώ τα εγκλείσματα ήταν είτε ανθρακονήματα είτε νανοσωλήνες άνθρακα. Το κάθε δοκίμιο υποβαλλόταν σε εφελκυσμό μέχρι θραύσης, με ταυτόχρονη μέτρηση της μηχανικής τάσης, της παραμόρφωσης και της ηλεκτρικής του αντίστασης. Στα δοκίμια με τα ανθρακονήματα μετριόταν η ηλεκτρική αντίσταση τόσο κατά μήκος του δοκιμίου, δηλαδή παράλληλα με την φορά των ινών και της μηχανικής φόρτισης, όσο και κατά τη μικρότερη διάσταση, πάχος, του δοκιμίου, δηλαδή κάθετα στη φορά των ινών και της φόρτισης. Επιπλέον πραγματοποιήθηκαν και πειράματα με περιοδικά επαναλαμβανόμενη φόρτιση. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν ήταν ενθαρρυντικά για την αξιοπιστία της μεθόδου, δηλαδή για την εξαγωγή αξιόπιστων συμπερασμάτων σχετικά με την φθορά ενός υλικού μετρώντας την ηλεκτρική του αντίσταση. Επιπλέον προέκυψαν και ενδιαφέροντα συμπεράσματα όσον αφορά διαφοροποιήσεις από υλικό σε υλικό ως προς την ηλεκτρική και μηχανική συμπεριφορά.

The scope of this thesis is to study the health monitoring of a material under mechanical load by measuring the change of its electrical conductivity. The matrix of the materials which were tested was either polyether-ether-ketone (PEEK) or polypropylene (PP), while the inclusion was either carbon fibers or carbon nanotubes. Each sample was being put under tensile strain until its breakage while measuring the stress, strain, and its electrical resistivity simultaneously. Both the longitudinal and the through thickness electrical resistivities of the samples reinforced with carbon fibers were measured. Cyclic loading experiments took place, as well. The results were encouraging as far as the credibility of this method is concerned, namely taking a reliable sense of the damage of a material by measuring its electrical resistivity. Moreover, some additional conclusions came up on how each material differs from the others concerning their electrical and mechanical behavior.