Σύνθετα Υλικά Εποξειδικής Ρητίνης-Ινών Άνθρακα-Μεταλλικών Κόνεων Ψευδαργύρου: Κατασκευή, Μηχανικές Και Ηλεκτρικές Ιδιότητες

Abstract

Οι ίνες άνθρακα, πέραν από το υψηλό μέτρο ελαστικότητας και την υψηλή αντοχή σε κάμψη και εφελκυσμό που παρουσιάζουν, γεγονός που τις κάνει ευρέως χρησιμοποιούμενες σε εφαρμογές συνθέτων υλικών, εμφανίζουν και αξιοσημείωτη ηλεκτρική αγωγιμότητα. Η τελευταία οφείλεται στη δομή των ινών άνθρακα, η οποία προσομοιάζει με αυτή του γραφίτη. Οι ιδιότητες αυτές των ινών συντελούν ώστε να χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο στη σύγχρονη τεχνολογία και ιδιαίτερα στον τομέα των προηγμένων υλικών. Προκειμένου να αξιοποιηθούν οι εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες των ινών άνθρακα απαιτείται η χρησιμοποίηση ενός φέροντος υλικού, συνήθως μιας ρητίνης, με τη μορφή μήτρας, για την κατασκευή του συνθέτου υλικού. Στην παρούσα εργασία, επιδιώκεται η κατασκευή συνθέτων υλικών με μήτρα εποξειδική ρητίνη (η οποία αποτελεί την πλέον χρησιμοποιούμενη ρητίνη ως μήτρα) με ίνες άνθρακα ως μέσον ενίσχυσης, και με προσθήκη κόννεων ψευδαργύρου με απώτερο στόχο τα σύνθετα υλικά να έχουν ικανοποιητικές μηχανικές ιδιότητες και ταυτόχρονα αξιόλογες ηλεκτρικές ιδιότητες. Επιλέχθηκε ένα χαμηλό ποσοστό ινών άνθρακα (15 % v/v), ώστε να μην αυξάνεται σημαντικά το κόστος του συνθέτου υλικού. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε στην παρούσα εργασία αφορά στην κατασκευή συνθέτων υλικών με και χωρίς ίνες άνθρακα σε συνδυασμό με προσθήκη αγώγιμων μεταλλικών κόννεων ψευδαργύρου σε διάφορα ποσοστά. Προσδιορίστηκαν οι μηχανικές ιδιότητες των συνθέτων υλικών και συγκεκριμένα η αντοχή σε κάμψη και η αντοχή σε διάτμηση, καθώς επίσης και η ηλεκτρική αγωγιμότητα σε συνεχές ρεύμα. Προσδιορίστηκαν επίσης η πυκνότητα και η σκληρότητα των συνθέτων υλικών. Ως βέλτιστα σύνθετα υλικά που να συνδυάζουν καλές μηχανικές ιδιότητες και αξιόλογη ηλεκτρική αγωγιμότητα επιλέγονται: Α) Για σύνθετα υλικά χωρίς ίνες άνθρακα με ποσοστό 12 % w/w Zn τα οποία ως προς το σύνθετο υλικό χωρίς πρόσθετο εμφανίζουν : - Mείωση αντοχής σε κάμψη κατά 9.4 % (η μείωση αυτή είναι ανεκτή). - Μείωση αντοχής σε διάτμηση κατά 19.3 % (η μείωση αυτή είναι ανεκτή). - Αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας από 1.3 . 10-9 S/cm σε 7.1. 10-7 S/cm. - Αύξηση σκληρότητας κατά 14.5 % Β) Για σύνθετα υλικά με ίνες άνθρακα με ποσοστό 15 % w/w Zn τα οποία ως προς το σύνθετο υλικό χωρίς πρόσθετο εμφανίζουν : - Mείωση αντοχής σε κάμψη κατά 8.7 % (η μείωση αυτή είναι ανεκτή). - Μείωση αντοχής σε διάτμηση κατά 7.6 % (η μείωση αυτή είναι ανεκτή). - Αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας από 10-9 S/cm σε 1.3 10-7 S/cm. - Αύξηση σκληρότητας κατά 24.2 %.

Αξίζει να σημειωθεί ότι το πορώδες δεν μπορεί να μελετηθεί ούτε να καθορισθεί απόλυτα, καθώς αυτό καθορίζεται από το ίδιο το δοκίμιο και κυρίως από τον τρόπο κατασκευής του.

The aim of this degree project is the synthesis of composite materials with epoxy matrix resin (which is the most used resin as a matrix) with carbon fiber as a means of strengthening and the adding of Zn zincs. The main target is the good mechanical properties and valuable electrical properties of the composites. A low carbon fibers percentage was chosen (15% v / v),so as not to increase significantly the cost of the composite material.