Search

Τα δομικά πολυμερή είναι ευαίσθητα σε βλάβες με τη μορφή των ρωγμών, οι οποίες σχηματίζονται βαθιά μέσα στη δομή τους, όπου η ανίχνευση είναι δύσκολη και η επισκευή είναι σχεδόν αδύνατη. Το σπάσιμο οδηγεί σε μηχανική υποβάθμιση των ενισχυμένων με ίνες πολυμερικών σύνθετων υλικών. Στα μικρο-ηλεκτρονικά πολυμερή μπορεί επίσης να οδηγήσει σε ηλεκτρολογική βλάβη. Η ζημία εμφανίζεται σχεδόν σε κάθε σύνθετο υλικό σε μορφή μικρο-ρωγμών που αναπτύσσονται στη εποξειδική μήτρα η οποία δεσμεύει τις ίνες μαζί. Οι μικρο-ρωγμές προκαλούνται από τη θερμική και μηχανική καταπόνηση και είναι ένα μακροχρόνιο πρόβλημα στα εποξειδικά πολυμερή. Ένα in-situ σύστημα αυτόνομης ίασης, με ενσωματωμένες μικρο-κάψουλες και έναν καταλύτη ώστε να προκαλέσει μια αντίδραση μεταθέσεως με άνοιγμα δακτυλίου (ROMP), μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια προσπάθεια να δεσμεύσει ξανά τις μικρο-ρωγμές. Ανεξάρτητα από την εφαρμογή, αφού έχουν σχηματιστεί ρωγμές εντός πολυμερικών υλικών, η ακεραιότητα της δομής τους είναι σημαντικά μειωμένη. Σε αυτή τη διατριβή γίνεται μελέτη για τη θεραπεία των ζημιών λόγο αποκόλλησης σε εποξειδικά σύνθετα υλικά ενισχυμένα με υφάσματα ινών. Μελετώνται δύο τύποι διαδικασίας επούλωσης. Στον πρώτο, ένα καταλυμένο μονομερές χειροκίνητα εγχέεται στην περιοχή θραύσης λόγω αποφλοίωσης. Στον δεύτερο, περιγράφεται ένα πλήρως ολοκληρωμένο in situ σύστημα με ενσωματωμένες μικρο-κάψουλες και τον καταλύτη τους. Για το πρώτο σύστημα, ελέγχθηκαν δείγματα δοκού διπλής άρθρωσης (DCB) για να μελετηθεί η επούλωση της αποελασματοποίησης σε σύνθετα συγκρίνοντας την ανθεκτικότητα του παρθένου δείγματος με τη σκληρότητα του ίδιου δείγματος μετά την πλήρης επούλωση. Ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) και Φασματοσκοπία Raman χρησιμοποιούνται για την ανάλυση των επιφανειών θραύσης, ώστε να παρουσιαστούν τα φυσικά στοιχεία της επισκευής. Στη συνέχεια, περιγράφεται η ανάπτυξη ενός πολυμερικής μήτρας σύνθετου υλικού που έχει την ικανότητα να θεραπεύει ρωγμές αυτόματα. Το σύστημα χρησιμοποιεί έναν παράγοντα επισκευής μονομερούς, δικυκλοπενταδιένιο (DCPD), το οποίο είναι αποθηκευμένο σε μικρο-κάψουλες οι οποίες περιέχουν τον υγρό παράγοντα επισκευής, διεσπαρμένες στην εποξειδική μήτρα. Όταν το υλικό έχει υποστεί βλάβη, ρωγμές διαδίδονται μέσω του υλικού σπάζοντας τις μικρο-κάψουλες, απελευθερώνοντας τον παράγοντα επισκευής εντός του επιπέδου της ρωγμής. Τέλος, ο παράγοντας DCPD επισκευής στερεοποιείται με πολυμερισμό μεταθέσεως με άνοιγμα δακτυλίου (ROMP) όταν έρχεται σε επαφή με ένα, με βάση το ρουθήνιο, καταλύτη (Grubbs), ο οποίος διασπείρεται και αυτός εντός της μήτρας. Η διαδικασία με την οποία παρασκευάζονται οι μικρο-κάψουλες γεμάτες με DCPD και οι διάφορες τεχνικές όπως οπτική μικροσκοπία, ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC), θερμική βαρυμετρική ανάλυση (TGA) και δυναμική μηχανική ανάλυση (DMA) που χρησιμοποιήθηκαν για το χαρακτηρισμό των μικρο-κάψουλων συζητούνται σε αυτήν την εργασία. Structural polymers are susceptible to damage in the form of cracks, which form deep within the structure where detection is difficult and repair is almost impossible. Cracking leads to mechanical degradation of fibre-reinforced polymer composites; in microelectronic polymeric components it can also lead to electrical failure. Damage occurs in almost every composite material in the form of microcracks that develop in the epoxy matrix that binds the fibers together. Microcracking induced by thermal and mechanical fatigue is also a long-standing problem in polymer adhesives. An in-situ self-healing system uses embedded microcapsules and a catalyst that trigger a romp reaction in an effort to rebond the microcracks. Regardless of the application, once cracks have formed within polymeric materials, the integrity of the structure is significantly compromised. A study of the healing of delamination damage in woven reinforced epoxy composites is performed in this thesis. Two types of healing process are studied. In the first, a catalyzed monomer is manually injected into the delamination. In the second, a fully integrated in situ system is described with embedded microcapsules and catalyst. Double-cantilever-beam (DCB) specimens were tested to study the healing of delamination in composites by comparing the toughness of the virgin specimen with the toughness of the same specimen after healing was complete. Scanning electron microscopy (SEM) and Raman Spectroscopy are used to analyze the fracture surfaces and provide physical evidence of repair. The development of a self-healing polymer-matrix composite material that possesses the ability to heal cracks autonomically is described. The system uses a monomer repair agent, dicyclopentadiene (DCPD), which is stored in an epoxy matrix by dispersing microcapsules containing the liquid repair agent throughout the matrix. When the material is damaged, cracks propagate through the material and break open the microcapsules, releasing the repair agent into the crack plane. Finally, the DCPD repair agent solidifies by ring-opening metathesis polymerization (ROMP) after coming in contact with a ruthenium-based catalyst (Grubbs' catalyst) dispersed in the matrix. The process by which the DCPD-filled microcapsules are prepared and the various techniques such as optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), thermal gravimetric analysis (TGA) and dynamic mechanical analysis (DMA) to characterize the microcapsules are discussed in this work.