Επίδραση διαδικασίας λουτρού υπερήχων στις μηχανικές ιδιότητες, ενισχυμένων με νανοδομές γραφενίου τύπου nanoplatelets, νανοσύνθετων πολυστρωματικών υλικών εποξειδικής μήτρας

Νίκας, Ιωάννης; Nikas, Ioannis

dc.contributor.author	Νίκας, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Nikas, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2018-02-15T13:01:44Z
dc.date.issued	2018-02-15
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46531
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14809
dc.rights	Default License
dc.subject	Λουτρό υπερήχων	el
dc.subject	Νανοδομές γραφενίου	el
dc.subject	Νανοσύνθετα υλικά	el
dc.subject	Πολυστρωματικά σύνθετα υλικά	el
dc.subject	Σύνθετα εποξειδικής μήτρας	el
dc.subject	Sonication	en
dc.subject	Graphene nanoplatelets	el
dc.subject	Nanocomposites	el
dc.subject	Laminated composites	el
dc.subject	Epoxy matrix composites	el
dc.title	Επίδραση διαδικασίας λουτρού υπερήχων στις μηχανικές ιδιότητες, ενισχυμένων με νανοδομές γραφενίου τύπου nanoplatelets, νανοσύνθετων πολυστρωματικών υλικών εποξειδικής μήτρας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Effect of sonication process on the mechanical properties of graphene nanoplatelets epoxy laminated composites	en
heal.classification	Σύνθετα υλικά	el
heal.dateAvailable	2019-02-14T22:00:00Z
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-11-06
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια τα νανοσύνθετα υλικά προσελκύουν ολοένα και περισσότερο το επιστημονικό, αλλά και το βιομηχανικό ενδιαφέρον. Οι νανοδομές γραφενίου ως προσθήκες στα σύνθετα υλικά παρουσιάζουν μεγάλη επιφάνεια επαφής, επηρεάζοντας έτσι τη φυσική και χημική συμπεριφορά του νανοσύνθετου υλικού.Η εμφάνιση νανοσύνθετων έχει οδηγήσει σε πολλές τεχνολογικές και κατασκευαστικές εφαρμογές στην αντικατάσταση μετάλλων, γεγονός που οφείλεται, μεταξύ άλλων, στην ευκολία παραγωγής τους και στο συνδυασμό χαμηλού βάρους και υψηλών μηχανικών ιδιοτήτων. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε με σκοπό τη μελέτης της επίδρασης της διαδικασίας λουτρού υπερήχων στις μηχανικές ιδιότητες ενισχυμένων με νανοδομές γραφενίου τύπου nanoplatelets (GNPs) νανοσύνθετων πολυστρωματικών υλικών εποξειδικής μήτρας. Τα νανοσύνθετα πολυστρωματικά δοκίμια παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο διαστρωματικής παρασκευής με το χέρι (hand lay-up), ενώ η ενσωμάτωση των νανοδομών γραφενίου πραγματοποιήθηκε κατά την προετοιμασία του εποξειδικού συστήματος. Συνολικά κατασκευάστηκαν τρεις σειρές δοκιμίων όπου το μίγμα ρητίνης/νανοδομών τροποποιήθηκε μορφολογικά σε λουτρό υπερήχων για 20, 40 και 60 λεπτά αντίστοιχα σε ποσοστά περιεκτικότητας (w.t.%) GNPs 1%, 2%, 3%, 4% και 5%. Ακόμα κατασκευάστηκε μία σειρά δοκιμίων αναφοράς για τα ίδια ποσοστά περιεκτικότητας όπου δεν πραγματοποιήθηκε μορφολογική τροποποίηση του μίγματος ρητίνης/νανοδομών σε λουτρό υπερήχων . Για την κατασκευή των δοκιμίων χρησιμοποιήθηκε εσωτερική ενίσχυση με ίνες υαλοϋφάσματος πλέξης Twill 2x2 και διάταξη τεσσάρων στρώσεων με προσανατολισμό [0°/45°/-45°/0°].Τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε δοκιμές εφελκυσμού και κάμψης τριών σημείων σύμφωνα με τα πρότυπα ASTM D3039/3039M – 00 και ASTM D790 – 03 αντίστοιχα. Όσον αφορά τις μηχανικές ιδιότητες, η χρήση του λουτρού υπερήχων στην προετοιμασία της μήτρας παρουσίασε προοδευτική βελτίωση της αντοχής σε εφελκυσμό των δοκιμίων με την αύξηση του χρόνου παραμονής της μήτρας στο λουτρό. Η μέγιστη αντοχή σε εφελκυσμό παρουσιάστηκε για τα δοκίμια με περιεκτικότητα (w.t.%) GNPs 5% και για τον μέγιστο χρόνο παραμονής στη μήτρα (60 λεπτά). Αντιθέτως, η χρήση του λουτρού υπερήχων προκάλεσε προοδευτική υποβάθμιση της αντοχής σε κάμψη των δοκιμίων με την αύξηση του χρόνου παραμονής στο λουτρό. Η μέγιστη αντοχή σε κάμψη παρουσιάστηκε για τα δοκίμια αναφοράς (χωρίς λουτρό υπερήχων) περιεκτικότητας GNPs 4%. Επιπροσθέτως, έγινε μικροσκοπικός έλεγχος των δοκιμίων με τη χρήση Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης (Scanning Electron Microscope-SEM) καθώς και με τη χρήση Μικροσκοπίου Ατομικής Δύναμης (Atomic Force Microscope-AFM). Ο μικροσκοπικός έλεγχος, έδειξε ότι η χρήση του λουτρού υπερήχων είχε επίδραση στη μορφολογία των νανοδομών γραφενίου, καθώς αυτές παρουσίασαν κυματοειδή μορφή σε αντίθεση με την σχεδόν επίπεδη αρχική επιφάνεια των νανοδομών.	el
heal.abstract	Composite materials reinforced with nanoparticles or just nanocomposites are increasingly attracting interest of the scientific community and the industrial world. Nanoparticles used as fillers in composite materials exhibit a large contact surface affecting both the physical and chemical properties of the composite. Over the last years, polymer nanocomposites have replaced metals in many technological and structural applications, mainly due to their much easier production and their low weight combined with their great mechanical properties. This thesis investigates the effect of the sonication process on the mechanical properties of graphene nanoplateletes (GNPs) reinforced epoxy matrix laminated nanocomposites. The nanocomposites investigated in the present study were produced using a hand lay-up method. The dispersion of graphene nanoplatelets (GNPs) into the liquid resin (monomer) was achieved using a mechanical stirring process. Three series of specimens were produced using different sonication processes. For these specimens the resin (monomer)/GNPs mixture was sonicated for 20,40 and 60 minutes, respectively. For each different sonication time, specimens of 1%, 2%, 3%, 4%, and 5% w.t.% GNPs were produced. Additionally, a series of reference specimens of 1%, 2%, 3%, 4%, and 5% w.t. % GNPs, i.e. specimens with no sonication process applied, was produced. To produce the nanocomposite specimen, the matrix material was reinforced with Twill 2x2 glass fabric, employing four layers of fabric in stacking sequence [0°/45°/-45°/0°]T. For all series of specimens tensile and three-point bending tests were carried out in accordance with the ASTM D3039/3039M–00 και ASTM D790–03 standard test methods. The sonication time increase led to a subsequent increase in Ultimate Tensile Strength (UTS). The maximum UTS was achieved for the specimens with 5% w.t. GNPs and sonication time equal to 60 min. On the other hand, the sonication process seems to decrease the flexural strength of the specimens while increasing the sonication time. The maximum flexural strength was observed for the reference specimens (with no sonication process applied) with 4% w.t. GNPs content. Furthermore, microstructural investigation of the specimens was carried out using a Scanning Electron Microscope (SEM) and an Atomic Force Microscope (AFM). The microstructural investigation showed that the sonication process affected the morphology of the GNPs, since the surface of the sonicated specimens was observed wavy, when their initial surface morphology was almost flat.	en
heal.advisorName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Γεώργιος-Χριστόφορος	el
heal.committeeMemberName	Μαρκόπουλος, Άγγελος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	123 σ.
heal.fullTextAvailability	true