Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/9200
Title: Ευφυή σύνθετα πολυμερή υλικά και κατασκευές
Other Titles: Smart composite polymer materials and manufacturing
Authors: Τσιμούρτος, Διονύσης
Keywords: Σύνθετα υλικά
Πολυμερή
Ευφυή υλικά
Υπερελαστικότητα
Κράμα μνήμης σχήματος
Εποξειδική ρητίνη
Keywords (translated): Composite materials
Ni-Ti
Polymers
Smart materials
Superelasticity
Shape memory alloys
Ltm217
Epoxy resin
Abstract: Η παρούσα εργασία ασχολείται με το κράμα NiTi, τις ιδιότητές του, τα φαινόμενα που παρουσιάζει στις διάφορες φάσεις του, και μελετά έναν από τους τρόπους ενσωμάτωσής του σε σύνθετα υλικά εποξειδικής ρητίνης και ινών Kevlar. Στο 1ο κεφάλαιο γίνεται λόγος για τα σύνθετα υλικά σε ευρεία κλίμακα. Δίνεται ο ορισμός του σύνθετου υλικού, και αναλύονται οι διάφοροι τύποι ενίσχυσης, είτε με κόκκους, είτε με ίνες. Γίνεται σύντομη αναφορά των δομικών σύνθετων υλικών, ενώ επίσης αναφέρονται και οι τύποι μητρικών φάσεων που χρησιμοποιούνται. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με τους τύπους εγκλεισμάτων σε σύνθετα υλικά, όπως ίνες άνθρακα, ίνες γυαλιού, πολυμερικές και μεταλλικές ίνες. Το 2ο κεφάλαιο αναλύει τις ιδιότητες του κράματος Νικελίου – Τιτανίου (NiTi). Εισάγεται με μια ιστορική αναδρομή στις πρώτες μελέτες του κράματος και των φαινομένων που εμφανίζει. Αναλύεται το φαινόμενο Μνήμης Σχήματος και ο μηχανισμός ο οποίος είναι υπεύθυνος για την εμφάνισή του, όπως επίσης και το φαινόμενο της Υπερελαστικότητας. Στη συνέχεια αναφέρονται οι τρόποι παρασκευής του κράματος NiTi και προγραμματισμού της Μνήμης Σχήματος. Οι μέθοδοι μέτρησης των θερμοκρασιών μετασχηματισμού έχουν τη θέση τους σε αυτό το κεφάλαιο. Στις τελευταίες σελίδες του κεφαλαίου αναφέρονται οι διάφορες εμπορικές εφαρμογές του κράματος NiTi, και αναδεικνύονται τα πλεονεκτήματά του. Το 3ο κεφάλαιο είναι αφιερωμένο στα πολυ-λειτουργικά σύνθετα υλικά. Mέρος του κεφαλαίου αναφέρει τα υλικά που εμφανίζουν πολυ-λειτουργικότητα εκτός των Κραμάτων Μνήμης Σχήματος. Εισάγεται η ιδέα των σύνθετων υλικών με ενσωματωμένα Κράματα Μνήμης Σχήματος, καθώς εξηγείται και η θερμική επεξεργασία εποξειδικών ρητινών. Το τέλος του κεφαλαίου οριοθετεί η αναφορά στις αραμιδικές ίνες Kevlar, την παρασκευή και τη δομή τους. Το δεύτερο μέρος της εργασίας αρχίζει με το 4ο κεφάλαιο, και την ανάλυση της παρασκευής και χαρακτηρισμού των σύνθετων υλικών. Ακολουθώντας μια σύντομη εισαγωγή, αναλύεται η διαδικασία παρασκευής σύνθετων υλικών εποξειδικής ρητίνης με ίνες Kevlar σε δυο διαφορετικές διευθύνσεις ενίσχυσης. Τα πειράματα εφελκυσμού και κάμψης τριών σημείων βρίσκονται στο τέλος του κεφαλαίου, όπως και ο σχολιασμός και η σύγκριση των αποτελεσμάτων. Στο 5ο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας περιέχει το θερμομηχανικό χαρακτηρισμό των συρμάτων NiTi, και τη διαδικασία ενσωμάτωσής τους σε σύνθετο υλικό. Παρουσιάζονται τα πειράματα εφελκυσμού που έγιναν σε υπερελαστικά κράματα NiTi, τα αποτελέσματα της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC) και η παρατήρηση της επιφάνειας του σύρματος σε οπτικό μικροσκόπιο. Η παρασκευή του υβριδικού σύνθετου υλικού παρουσιάζεται στο τέλος του κεφαλαίου, και γίνεται μια σύντομη παρατήρηση της εγκάρσιας τομής του, με σχολιασμό. Το 6ο κεφάλαιο αποτελεί το τελευταίο κομμάτι της διπλωματικής αυτής εργασίας, και δεν είναι τίποτα άλλο παρά η ανασκόπηση των υλικών που μελετήθηκαν, μια τελευταία σύγκρισή τους, και την ήδη σχεδιασμένη μελλοντική μελέτη πάνω στο υβριδικό σύνθετο που παρασκευάστηκε.
Abstract (translated): This thesis deals with the NiTi alloy, its properties, the phenomena it displays in its various phases, and studies one of the ways of its embodiment in composite materials comprised of epoxy resin and Kevlar fibers. The 1st chapter is about composite materials in a broad scale. The definition of a composite material is stated, and various ways of reinforcement are analyzed, be it via grain or fiber. There is a brief mention of structural composite materials, while there is also mention of the different types of matrix phases that are used. The chapter comes to an end, with the various types of reinforcement materials are reported. The 2nd chapter analyzes the properties of the Nickel – Titanium (NiTi) alloy. It starts with a historical flashback of the first studies on the alloy and the phenomena it displays. The Shape Memory effect is analyzed, and the mechanism behind it is explained. Also, the Super-elasticity effect is explained. After that, the ways of construction for the NiTi alloy and Shape Memory programming are mentioned. This chapter also includes the various ways of transition temperatures measurement. In the last pages of this chapter, the many applications of the NiTi alloy are presented, and its extraordinary features are listed. The 3rd chapter is dedicated to multi-functional materials. A portion of this chapter is the listing of materials that are used as multi-functional, besides the NiTi Shape Memory Alloy. After that, the idea of embodying Shape Memory Alloys with composite materials is presented, and the procedure of epoxy resin thermal processing is explained. The end of this chapter is characterized by the process of Kevlar aramid fibers construction and structure. The second part of this thesis starts with the 4th chapter, with the analysis of constructing and characterization of composite materials. Following a brief introduction, the process of constructing Kevlar-reinforced epoxy resin composites in two different reinforcement directions is analyzed. Tensile stress tests and 3 point bending tests are at the end of this chapter, as well as the respective results for the aforementioned materials. A comparison between them is made. In the 5th chapter of this thesis, there is the thermomechanical characterization of the received Super-elastic NiTi wire, and its embodiment in a composite material. The tensile stress results on the wire are presented, as well as the Differential Scanning Calorimetry (DSC) results. An observation of the wires’ surface using the optical microscope is made. The hybrid composite construction procedure is presented at the end of this chapter, and an observation of the material’s cross section is made and commented upon. The 6th chapter constitutes the end of this thesis, and it is a review of the materials that were studied, one final comparison among them, and suggestions for future studies on the hybrid composite material that was constructed.
Appears in Collections:Τμήμα Επιστήμης των Υλικών (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Final Thesis Tsimourtos Corrected.pdfΠλήρης Διπλωματική Εργασία3.61 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons