Athanasios Bogris (AM 143) - Master Thesis.pdf

1

ΓΙΑΣΜΗΜΑΣΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΔΣΑΠΣΤΥΙΑΚΧΝ ΠΟΤΓΧΝ: ‘‘ΔΠΙΣΗΜΗ ΚΑΙ ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΑ ΠΟΛΤΜΔΡΧΝ’’

Μεταπτυχιακή Εργαςία Ειδίκευςησ:

Πάτρα 2010

ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΠΑΣΡΩΝ

“Μειέηε ηεο Μεραληθήο πκπεξηθνξάο

Πνιπκεξώλ θαη Πνιπκεξηθώλ ύλζεησλ

Τιηθώλ κεηά από Επαλαιεπηηθή Κξνύζε”

Μπόγξεο Αζαλάζηνο

Α.Μ. 143

Επηβιέπσλ Καζεγεηήο: Γ. Παπαληθνιάνπ

2

ηελ νηθνγέλεηά κνπ…

3

Θα ήζεια λα εθθξάζσ ηηο επραξηζηίεο κνπ ζε φινπο εθείλνπο πνπ κε

βνήζεζαλ θαη κε ζηήξημαλ θαζ‟ φιε ηε δηάξθεηα ηεο παξνχζαο κεηαπηπρηαθήο

εξγαζίαο εηδίθεπζεο, ζπκβάιινληαο ηα κάια ζηελ επηηπρή ηεο νινθιήξσζε.

Ιδηαίηεξεο επραξηζηίεο ζα ήζεια λα δψζσ ζηνλ επηβιέπνληα θαζεγεηή ηεο

δηπισκαηηθήο κνπ εξγαζίαο, θ. Γεψξγην Υξ. Παπαληθνιάνπ, Καζεγεηή ηνπ ηκήκαηνο

Μεραλνιφγσλ Μεραληθψλ & Αεξνλαππεγψλ, γηα ηελ επηζηεκνληθή ηνπ θαζνδήγεζε,

ηελ ακέξηζηε ζπκπαξάζηαζή ηνπ, αιιά θαη γηα φιεο ηηο γλψζεηο πνπ έιαβα απφ ηνλ

ίδην, θαηά ηε δηάξθεηα εθπφλεζεο ηεο παξνχζαο εξγαζίαο.

Γηα ηελ πνιχηηκή ηνπο βνήζεηα θαη ηελ άξηζηε ζπλεξγαζία, ζα ήζεια λα

επραξηζηήζσ ζεξκά ηνπο ππνςήθηνπο δηδάθηνξεο Αλαζηαζία Κνπηζνκεηνπνχινπ θαη

Κσλζηαληίλν Παπαεπζπκίνπ, φπσο επίζεο θαη ηνλ ζπκθνηηεηή κνπ ζην κεηαπηπρηαθφ

πξφγξακκα ζπνπδψλ Βαγγέιε Γξαθφπνπιν, ηε δηδάθηνξα Αλησλία Ξεπαπαδάθε,

θαζψο θαη φια ηα ππφινηπα κέιε ηνπ εξγαζηεξίνπ.

Οιφςπρεο επραξηζηίεο ζε φινπο ηνπο ζηελνχο κνπ θίινπο, γηα ηελ αγάπε ηνπο,

ηελ ππνκνλή ηνπο θαη ηελ θαηά θαηξνχο αλνρή ηνπο.

Σέινο, ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηνπο γνλείο κνπ θαη ηελ αδεξθή κνπ, γηα ηελ

πνιπεηή ζηήξημε, εκπηζηνζχλε θαη θαηαλφεζε πνπ δείρλνπλ, ζε φιεο κνπ ηηο επηινγέο

θαη πξνζπάζεηεο.

Πεξηερφκελα

4

ΠΔΡΙΔΥΟΜΔΝΑ

Πεξηερφκελα.................................................................................................................. 4

Πεξίιεςε……………………………………………………………………………... 8

Abstract………………………………………………………………………………. 9

Δηζαγσγή......................................................................................................................10

Κεθάιαην 1 – ύλζεηα Τιηθά

1.1 Δηζαγσγή.............................................................................................................. 13

1.2 Ιδηφηεηεο & Πιενλεθηήκαηα χλζεησλ Τιηθψλ.................................................. 14

1.3 Σαμηλφκεζε πλζέησλ Τιηθψλ............................................................................ 17

Κεθάιαην 2 – Πνιπκεξή & Πνιπκεξηθά ύλζεηα Τιηθά: EP, PMMA, CFRP,

GFRP

2.1 Δηζαγσγή.............................................................................................................. 22

2.2 Δπνμεηδηθέο Ρεηίλεο.............................................................................................. 22

2.2.1 Γεληθά……………………………………………………………….... 22

2.2.2 Ιδηφηεηεο – Δθαξκνγέο……………………………………………..… 24

2.3 Πνιπκεζαθξπιηθφο Μεζπιεζηέξαο...................................................................... 26

2.3.1 Γεληθά……………………………………………………………….... 27



5

2.4 χλζεηα Τιηθά Πνιπκεξηθήο Μήηξαο Δληζρπκέλα κε Ίλεο Άλζξαθα................ 30

2.4.1 Γεληθά……………………………………………………………….... 30


2.5 χλζεηα Τιηθά Πνιπκεξηθήο Μήηξαο Δληζρπκέλα κε Ίλεο Γπαιηνχ.................. 35

2.5.1 Γεληθά……………………………………………..………………….. 35


Κεθάιαην 3 – Θεσξίεο Κξνύζεο, Κάκςεο & Ηιεθηξνληθήο Μηθξνζθνπίαο

άξσζεο (S.E.M.)

3.1 Θεσξία Κξνχζεο.................................................................................................. 39

3.1.1 Γεληθά……………………………………………………………….... 39

3.1.2 Πεηξακαηηθέο Γηαηάμεηο Κξνχζεο……………………………………. 41

3.1.3 Μεραληζκνί Αζηνρίαο Καηά ηελ Κξνχζε………………………….… 45

3.1.4 Παξάκεηξνη πνπ Δπεξεάδνπλ ηελ Κξνχζε………………………...… 48

3.2 Θεσξία Κάκςεο……………………................................................................... 50

3.3 Θεσξία Ηιεθηξνληθήο Μηθξνζθνπίαο άξσζεο (S.E.M.)….............................. 54

Κεθάιαην 4 – Πνιπκεξή & Πνιπκεξηθά ύλζεηα Τιηθά ζε Κξνύζε: EP, PMMA,

CFRP, GFRP

4.1 Γεληθά............................................................................................................... 56

4.2 Δπνμεηδηθέο Ρεηίλεο.............................................................................................. 56

4.3 Πνιπκεζαθξπιηθφο Μεζπιεζηέξαο...................................................................... 58


6

4.4 χλζεηα Τιηθά Πνιπκεξηθήο Μήηξαο Δληζρπκέλα κε Ίλεο Άλζξαθα................. 59

4.5 χλζεηα Τιηθά Πνιπκεξηθήο Μήηξαο Δληζρπκέλα κε Ίλεο Γπαιηνχ.................. 61

Κεθάιαην 5 – Πεηξακαηηθή Δηαδηθαζία & Δηαηάμεηο

5.1 Γεληθά................................................................................................................... 63

5.2 Σα Τιηθά.............................................................................................................. 63

5.3 Παξαζθεπή θαη Πξνεηνηκαζία Γνθηκίσλ............................................................. 66

5.4 Πεηξάκαηα Κξνχζεο Πξνζπίπηνληνο ψκαηνο .................................................. 71

5.4.1 Πεηξακαηηθή Γηάηαμε Κξνχζεο ζε Γνθίκηα κε Μνξθή Πιάθαο…..… 73

5.4.2 Πεηξακαηηθή Γηάηαμε Κξνχζεο ζε Γνθίκηα κε Μνξθή Γνθνχ…….... 82

5.5 Πεηξάκαηα Κάκςεο Σξηψλ εκείσλ…………………………………………… 84

Κεθάιαην 6 – Θεσξεηηθά Μνληέια

6.1 Γεληθά....................................................................................................... 87

6.2 Μνληέινπ Παπαληθνιάνπ - ηαπξφπνπινπ......................................................... 87

6.3 Μνληέιν Πξφβιεςεο ησλ Δλαπνκελνπζψλ Ιδηνηήησλ – R.P.M.......................... 91

6.3.1 Πεξηγξαθή Μνληέινπ R.P.M……………………………………….... 91

6.3.2 Πνξεία Δθαξκνγήο Μνληέινπ R.P.M………………………………... 92

Κεθάιαην 7 – Πεηξακαηηθά Απνηειέζκαηα

7.1 Γεληθά............................................................................................................ 95

7.2 Δπνμεηδηθή Ρεηίλε.............................................................................................. 95


7

7.3 Πνιπκεζαθξπιηθφο Μεζπιεζηέξαο.................................................................... 101

7.4 χλζεηα Τιηθά Πνιπκεξηθήο Μήηξαο Δληζρπκέλα κε Ίλεο Άλζξαθα.............. 105

7.5 χλζεηα Τιηθά Πνιπκεξηθήο Μήηξαο Δληζρπκέλα κε Ίλεο Γπαιηνχ................ 108

7.5.1 Πεηξάκαηα κε πρλφηεηα Κξνχζεο 4 Hz………………………….... 108

7.5.2 Πεηξάκαηα κε πρλφηεηα Κξνχζεο 6 Hz………………………….... 112

7.6 Δθαξκνγή Θεσξεηηθψλ Μνληέισλ.................................................................... 116

7.6.1 Μνληέιν Παπαληθνιάνπ - ηαπξφπνπινπ………………………….. 116

7.6.2 Μνληέιν Πξφβιεςεο ησλ Δλαπνκελνπζψλ Ιδηνηήησλ – R.P.M……. 119

Κεθάιαην 8 – Ηιεθηξνληθή Μηθξνζθνπία άξσζεο (S.E.M.)

8. Ηιεθηξνληθή Μηθξνζθνπία άξσζεο (S.E.M.)................................................... 125

Κεθάιαην 9 – πκπεξάζκαηα

9. πκπεξάζκαηα..................................................................................................... 132

Βηβιηνγξαθία............................................................................................................. 134

Πεξίιεςε

8

ΠΔΡΙΛΗΦΗ

θνπφο ηεο παξνχζαο κεηαπηπρηαθήο εξγαζίαο εηδίθεπζεο είλαη ε πεηξακαηηθή

κειέηε θαη ε ζεσξεηηθή πξφβιεςε ησλ ελαπνκελνπζψλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ,

πνιπκεξψλ θαη πνιπκεξηθψλ ζχλζεησλ πιηθψλ, κεηά απφ ρακειήο ελέξγεηαο

επαλαιακβαλφκελε θξνπζηηθή θαηαπφλεζε.

ηα πιαίζηα ηεο εξγαζίαο κειεηήζεθαλ δχν δηαθνξεηηθά πνιπκεξηθά πιηθά

(EP θαη PMMA) θαη δχν πνιπκεξηθά ζχλζεηα πιηθά (CFRP θαη GFRP). Σα δνθίκηα

απφ επνμεηδηθή ξεηίλε ππνβιήζεθαλ ζε επαλαιακβαλφκελε θξνχζε, κε ζηαζεξή

ελέξγεηα θξνχζεο θάζε θνξά, 1.25 Joule, ελψ ηα ππφινηπα δνθίκηα ζε

επαλαιακβαλφκελε θξνχζε, κε ζηαζεξή ελέξγεηα θξνχζεο 1 Joule. Μεηά ηελ

θξνχζε, ηα δνθίκηα ραξαθηεξίζηεθαλ κεραληθά κε ζηαηηθά πεηξάκαηα θάκςεο ηξηψλ

ζεκείσλ, έηζη ψζηε λα κειεηεζεί ε ππνβάζκηζε, ηφζν ηνπ κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο ζε

θάκςε, φζν θαη ε κέγηζηε αληνρή ηνπο ζε θάκςε, ζαλ ζπλάξηεζε ηνπ αξηζκνχ

θξνχζεσλ. Αλάινγα κε ην πιηθφ, παξαηεξήζεθε θαη δηαθνξεηηθφ κέγεζνο

ππνβάζκηζεο, γεγνλφο πνπ νθείιεηαη ζηε ιεηηνπξγία δηαθνξεηηθψλ κεραληζκψλ

αζηνρίαο.

Απφ ζεσξεηηθήο ζθνπηάο, εθαξκφζηεθαλ δχν δηαθνξεηηθά κνληέια

πξφβιεςεο ησλ ελαπνκελνπζψλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ. Σν κνληέιν Παπαληθνιάνπ –

ηαπξφπνπινπ θαη ην κνληέιν Πξφβιεςεο ησλ Δλαπνκελνπζψλ Ιδηνηήησλ (Residual

Property Model – R.P.M.) πνπ εθαξκφζηεθαλ, έδσζαλ απνηειέζκαηα άθξσο

ηθαλνπνηεηηθά, κε πνιχ θαιή ζχγθιηζε ησλ πεηξακαηηθψλ απνηειεζκάησλ κε ηηο

ζεσξεηηθέο πξνβιέςεηο.

Abstract

9

ABSTRACT

The purpose of the present work was to experimentally investigate the residual

strength and stiffness of polymers and polymer-matrix composites and to theoretically

predict the observed degradation by means, after low energy repeated impact.

Two different types of composites (CFRP and GFRP) and two types of

polymers (EP and PMMA), were examined. The plates of epoxy resin were repeatedly

impacted with constant amount of impact energy on the order of 1.25 J and the rest of

the above materials with constant impact energy on the order of 1.00 J. Afterwards the

damaged specimens were tested under three-point bending conditions in order to

investigate the degradation of both the bending modulus and strength as a function of

the number of impacts. The results showed that there is a characteristic degradation of

the mechanical properties of each material.

From theoretical point of view the measured variations were predicted by

applying two different models. Namely, the Papanicolaou – Stavropoulos model and

second the Residual Property Model (R.P.M.) have been applied in order to predict

the observed degradations, using a minimum number of input data (one or two points

only). A fair agreement between experimental results and theoretical predictions was

found.

Δηζαγσγή

10

ΔΙΑΓΧΓΗ

Η εμέιημε είλαη έλα ραξαθηεξηζηηθφ ζηελά ζπλπθαζκέλν κε ηνλ άλζξσπν, απφ

ηφηε πνπ έθαλε ηα πξψηα ηνπ βήκαηα πάλσ ζηε Γε. Αλαπφθεπθηα ινηπφλ, ηνλ

κνλφδξνκν ηεο εμέιημεο αθνινχζεζαλ νη θαηαζθεπέο, ηα εξγαιεία, αιιά θαη φια

εθείλα ηα αληηθείκελα πνπ βνεζνχλ ηνλ άλζξσπν, λα θαιχπηεη ηηο θαζεκεξηλέο ηνπ

αλάγθεο. Με ηελ πάξνδν ησλ αηψλσλ θαη κε ην αλζξψπηλν είδνο ζπλερψο λα

πξννδεχεη, δελ ζα κπνξνχζαλ λα κελ αθνινπζήζνπλ θαηαπφδαο θαη φια ηα

πξναλαθεξζέληα, φπσο θπζηθά θαη ηα πιηθά πνπ ηα απαξηίδνπλ. Έηζη κε ηελ

ηαπηφρξνλε εμέιημε ησλ παξαδνζηαθψλ πιηθψλ, ν άλζξσπνο μεθίλεζε λα

ρξεζηκνπνηεί θαη ηα ζχλζεηα πιηθά, ηα νπνία παξά ην γεγνλφο φηη βξήθαλ καδηθέο

εθαξκνγέο ηηο ηειεπηαίεο δεθαεηίεο, πξνυπήξραλ ηνπ αλζξψπνπ.

Με ηηο κνληέξλεο ηερλνινγηθέο εθαξκνγέο λα γίλνληαη νινέλα θαη πην

πνιχπινθεο θαη λα απαηηνχλ απφ ηα ζχλζεηα πιηθά ηδηφηεηεο, ηνπιάρηζηνλ αλψηεξεο

ζε ζρέζε κε ηα επηκέξνπο πιηθά πνπ ηα απνηεινχλ, γίλεηαη ζρεδφλ επηηαθηηθή ε

αλάγθε ηεο εμέιημεο ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ. Η θχζε ησλ ζπλζέησλ θαη ν θαηάιιεινο

ζπλππνινγηζκφο κηαο ζεηξάο παξακέηξσλ, δίλνπλ ηε δπλαηφηεηα θαηαζθεπήο πιηθψλ

κε επηζπκεηέο ηδηφηεηεο, ηα νπνία ζα εμππεξεηνχλ φζν ην δπλαηφλ θαιχηεξα γίλεηαη,

ην ζθνπφ γηα ηνλ νπνίν δεκηνπξγήζεθαλ. Δχθνια ινηπφλ κπνξεί λα θαηαιάβεη

θάπνηνο, γηαηί ηα ζχλζεηα πιηθά είλαη ηφζν ειθπζηηθά γηα ηηο βηνκεραλίεο, αιιά θαη

έλα αγαπεκέλν αληηθείκελν έξεπλαο γηα ηνπο επηζηήκνλεο, αθνχ ζηνπο κελ δίλνπλ

απεξηφξηζηεο δπλαηφηεηεο ζηελ θαηαζθεπή, ελψ γηα ηνπο δε απνηεινχλ πξφθιεζε,

δίλνληαο ηζρπξά εξεζίζκαηα γηα πεξαηηέξσ εμέιημε.

Οη ηαρχηαηνη ξπζκνί ηερλνινγηθήο αλάπηπμεο, νη απαηηήζεηο γηα αλζεθηηθέο

θαη ειαθξηέο θαηαζθεπέο, ε κείσζε ηνπ θφζηνπο θαηαζθεπήο θαη ε θηιηθφηεηα πξνο

ην πεξηβάιινλ είλαη κεξηθέο παξάκεηξνη πνιχ ζεκαληηθέο γηα ηα ζχλζεηα πιηθά, φπσο

επίζεο είλαη ε αμηνπηζηία θαη ε αζθάιεηα πνπ πξνζδίδνπλ απηνχ ηνπ είδνπο ηα πιηθά,

ζηηο ηειηθέο εθαξκνγέο. Πνιιέο θνξέο, ηα ζχλζεηα πιηθά θαη νη εθαξκνγέο ηνπο είλαη

Δηζαγσγή

11

αλαγθαίν λα κπνξνχλ λα αληαπεμέιζνπλ ζε ηδηαίηεξα επηζεηηθά πεξηβάιινληα, φπνπ

δπλακηθέο ή ζηαηηθέο θνξηίζεηο επηβάιινληαη ζηηο θαηαζθεπέο.

Μηα θαηεγνξία δπλακηθψλ θνξηίζεσλ πνπ κπνξεί λα δερηεί κηα θαηαζθεπή,

είλαη νη θξνπζηηθέο θνξηίζεηο κηθξήο ελέξγεηαο, νη νπνίεο κπνξνχλ λα ιάβνπλ ρψξα

θαηά ηε δεκηνπξγία ή ηε ζπληήξεζε απηήο ηεο θαηαζθεπήο, φπσο ε ηπραία πηψζε

ελφο αληηθεηκέλνπ ζηελ επηθάλεηά ηεο. Σέηνηεο θνξηίζεηο, κνινλφηη κπνξεί λα

θαίλνληαη αθίλδπλεο, κηαο θαη ζπλήζσο δελ παξαηεξείηαη θάπνηα βιάβε δηα γπκλνχ

νθζαικνχ, πνιιέο θνξέο είλαη δπλαηφλ λα πξνθαιέζνπλ δξαζηηθή ππνβάζκηζε ησλ

κεραληθψλ ηδηνηήησλ ελφο πιηθνχ θαη νπζηαζηηθά λα νδεγήζνπλ πνιχ γξήγνξα ζε

αζηνρία. Δχθνια κπνξεί λα αληηιεθζεί θάπνηνο πσο ν ηπραίνο ραξαθηήξαο ηέηνηνπ

είδνπο θνξηίζεσλ κπνξεί λα νδεγήζεη ζε πξφσξε αζηνρία κηαο θαηαζθεπήο εληειψο

μαθληθά θαη αλαπάληερα, νπφηε είλαη κείδνλνο ζεκαζίαο, ηα πιηθά πνπ

ρξεζηκνπνηνχληαη, λα έρνπλ ζρεδηαζηεί θαηά ηέηνην ηξφπν, έηζη ψζηε λα έρνπλ ηελ

ηθαλφηεηα λα ππνκέλνπλ απηέο ηηο θνξηίζεηο ρσξίο λα ππνβαζκίδεηαη ε ζπκπεξηθνξά

ηνπο.

Γηα ην βέιηηζην ζρεδηαζκφ ελφο ζχλζεηνπ πιηθνχ, ψζηε λα αληαπεμέιζεη

επηηπρψο ζε θξνπζηηθέο θνξηίζεηο, ζα πξέπεη λα έρεη πξνεγεζεί κειέηε γηα ηελ πιήξε

θαηαλφεζε ηνπ κεραληζκνχ απφθξηζεο ησλ ζπλζέησλ ζε ηέηνηεο θνξηίζεηο, φπσο

επίζεο θαη πξνζπάζεηα γηα πνηνηηθή θαη πνζνηηθή πξφβιεςε ηεο ππνβάζκηζεο ησλ

κεραληθψλ ηνπο ηδηνηήησλ. Πξνο απηήλ ηελ θαηεχζπλζε έρνπλ γίλεη πνιιέο

πξνζπάζεηεο απφ εξεπλεηέο ηηο ηειεπηαίεο δεθαεηίεο, νη νπνίεο αξρηθά εκθάληδαλ

αδπλακία σο πξνο ηε αμηνπηζηία ηνπο, ιφγσ ησλ πνιιψλ παξακέηξσλ πνπ ζρεηίδνληαη

κε ην θαηλφκελν ηεο θξνχζεο, αιιά θαη ηεο πνιππινθφηεηαο πνπ παξνπζηάδεη ε δνκή

ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ. Οη ελδείμεηο πνπ ππάξρνπλ ηα ηειεπηαία ρξφληα είλαη ζεηηθέο

σο πξνο ηελ εθηθηφηεηα ηνπ ζηφρνπ πξφβιεςεο ησλ ελαπνκελνπζψλ ηδηνηήησλ ησλ

ζχλζεησλ πιηθψλ, πξάγκα ρξήζηκν ηφζν ζηελ αθαδεκατθή θνηλφηεηα θαη ηελ έξεπλα,

φζν θαη ζηνλ επξχηεξν βηνκεραληθφ ρψξν θαη ηελ παξαγσγή αζθαιέζηεξσλ θαη

αμηφπηζησλ θαηαζθεπψλ.

ηελ παξνχζα εξγαζία κειεηήζεθαλ νη ελαπνκέλνπζεο κεραληθέο ηδηφηεηεο

κηα ζεηξάο πνιπκεξηθψλ θαη ζχλζεησλ πιηθψλ, κεηά απφ επαλαιεπηηθή θξνχζε

Δηζαγσγή

12

ρακειήο ελέξγεηαο θαη έγηλε κηα πξνζπάζεηα ζεσξεηηθήο πξφβιεςή ηεο κεραληθήο

ζπκπεξηθνξάο ηνπο ζε θξνχζε. Σα απνηειέζκαηα ηεο αληηπαξαβνιήο ησλ

πεηξακαηηθψλ απνηειεζκάησλ κε ηηο ζεσξεηηθέο πξνβιέςεηο είλαη άθξσο

ελζαξξπληηθά.

Κεθάιαην 1 – χλζεηα Τιηθά

13

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

ΤΝΘΔΣΑ ΤΛΙΚΑ

1.1 Εηζαγσγή

ε κηα επνρή πνπ ε θαζεκεξηλή δσή θαη ην πεξηβάιινλ ησλ αλζξψπσλ

πεξηζηνηρίδνληαη απφ εθαηνληάδεο ηερλνινγηθά επηηεχγκαηα, είλαη εχθνιν λα

δηαπηζησζεί πσο γηα ηελ θαηάιιειε πινπνίεζή ηνπο, ζεκειηψδε ξφιν παίδνπλ ηα

πιηθά πνπ ηα απαξηίδνπλ. Θα κπνξνχζε θαλείο λα θαηεγνξηνπνηήζεη γξήγνξα ηα

πιηθά ζε ηξείο θιαζηθέο θαηεγνξίεο, ηα κέηαιια, ηα θεξακηθά θαη ηα πιαζηηθά.

Τπάξρνπλ φκσο πιηθά φπσο ην μχιν, ηα νζηά ή ην νπιηζκέλν ζθπξφδεκα, πνπ

δχζθνια κπνξνχλ λα θαηαηαρζνχλ ζε θάπνηα απφ ηηο παξαπάλσ θαηεγνξίεο ρσξίο λα

αλαθχςνπλ ελζηάζεηο, κηαο θαη πξφθεηηαη γηα πιηθά πνπ πξνθχπηνπλ σο ζπλδπαζκφο

άιισλ επηκέξνπο πιηθψλ. Η αλάγθε θαηεγνξηνπνίεζεο απηνχ ηνπ είδνπο ησλ πιηθψλ

νδήγεζε ζηε δεκηνπξγία κηαο λέαο νηθνγέλεηαο, απηήο ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ.

Ωο ζχλζεηα, πεξηγξάθνληαη εθείλα ηα πιηθά πνπ πξνθχπηνπλ σο ζπλδπαζκφο

δχν ή πεξηζζνηέξσλ θπζηθψο επδηάθξηησλ, κεραληθψο δηαρσξηδνκέλσλ θαη κε

δηαιπηψλ ηνπ ελφο ζην άιιν πιηθψλ, ηα νπνία έρνπλ ηειηθέο ηδηφηεηεο δηαθνξεηηθέο ή

ελδηάκεζεο απφ ηηο αληίζηνηρεο ησλ αξρηθψλ. Αλάινγα κε ηηο ηερληθέο αλάκημεο ησλ

επηκέξνπο πιηθψλ, αιιά θαη απφ ηελ θαηάιιειε επηινγή ηνπο, κπνξεί λα

θαηαζθεπαζηεί έλα ζχλζεην κε επηζπκεηέο ηειηθέο ηδηφηεηεο θαη ραξαθηεξηζηηθά, ην

νπνίν ζα δχλαηαη λα έρεη ζηνρεπκέλεο ηερλνινγηθέο, θαηαζθεπαζηηθέο ή

βηνκεραληθέο εθαξκνγέο. Απφ ηηο ζπληζηψζεο θάζεηο ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ, εθείλε

πνπ είλαη ζπλερήο, νλνκάδεηαη “κήηξα”, ελψ ε άιιε θάζε, ε νπνία είλαη αζπλερήο,


14

αλαθέξεηαη σο “ζπζηαηηθφ ελίζρπζεο” ή “έγθιεηζκα”. Η κήηξα είλαη ρακειήο

ππθλφηεηαο θαη παίδεη ην ξφιν ηεο κεηαθνξάο ησλ αζθνχκελσλ θνξηίσλ ζην κέζν

ελίζρπζεο, ην νπνίν ηα παξαιακβάλεη θαη πξνζδίδεη ελ γέλεη ζην ζχλζεην ηηο

βειηησκέλεο κεραληθέο, θπξίσο ηδηφηεηεο. αλ κία ηξίηε, μερσξηζηή θάζε κπνξεί λα

ζεσξεζεί επίζεο ε ελδηάκεζε θάζε ε νπνία έρεη κεηαβιεηέο ηδηφηεηεο θαη απνηειεί

κηα „γέθπξα‟ γηα ηα θνξηία, κεηαμχ ηεο κήηξαο θαη ηνπ εληζρπηηθνχ κέζνπ. Η

ελδηάκεζε θάζε έρεη ζπγθεθξηκέλν, κε κεδεληθφ πάρνο, ζρεκαηίδεηαη θαηά ηε

δηάξθεηα θαηαζθεπήο ηνπ ζχλζεηνπ πιηθνχ θαη είλαη κηα αληζφηξνπε πεξηνρή. [1,2]

1.2 Ιδηόηεηεο & Πιενλεθηήκαηα ύλζεησλ Τιηθώλ

Σα ηειεπηαία ρξφληα παξαηεξείηαη κηα ξαγδαία αχμεζε ζην ξπζκφ

αληηθαηάζηαζεο παξαδνζηαθψλ πιηθψλ απφ ζχλζεηα, ζε πνιιέο ηερλνινγηθέο

εθαξκνγέο θαη θαηαζθεπέο. Απηή ε ηάζε αληηθαηάζηαζεο κφλν ηπραία δελ κπνξεί λα

ζεσξεζεί, κηαο θαη ηα ζχλζεηα πιηθά πιενλεθηνχλ έλαληη ησλ παξαδνζηαθψλ πιηθψλ

ζε κηα ζεηξά απφ παξακέηξνπο θαη ηδηφηεηεο θαη θπξίσο ζην γεγνλφο φηη δηαζέηνπλ

ζπλήζσο ηηο βέιηηζηεο ηδηφηεηεο ησλ πιηθψλ πνπ ηα απνηεινχλ, αιιά θαη επηπιένλ

ηδηφηεηεο πνπ ηα αξρηθά πιηθά δελ δηέζεηαλ.

Έλα ζεκαληηθφ πιενλέθηεκα ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ έλαληη ησλ

παξαδνζηαθψλ, είλαη νη άξηζηεο κεραληθέο ηδηφηεηεο, απνηέιεζκα ηεο απφ θνηλνχ

ζπλεηζθνξάο ηλψλ θαη κήηξαο ζηε βειηίσζε ηεο ζπλνιηθήο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο

ηνπ ζπλζέηνπ. Καηαιπηηθφ ξφιν ζε απηή ηελ πηπρή ησλ ζπλζέησλ, έπαημε ε

δπλαηφηεηα ζρεδηαζκνχ θαη θαηαζθεπήο ελφο ηέηνηνπ πιηθνχ, ζχκθσλα κε ηηο

αλάγθεο ηεο εθάζηνηε εθαξκνγήο γηα ηελ νπνία πξννξίδεηαη, έρνληαο ηηο επηζπκεηέο

ηδηφηεηεο. Ο ζρεδηαζκφο ελφο ζπλζέηνπ είλαη άιιν έλα ζεκαληηθφ πιενλέθηεκα

απηψλ ησλ πιηθψλ, κηαο θαη ππάξρεη κηα ζεηξά παξακέηξσλ, πνπ εάλ ιεθζνχλ ππφςε,

κπνξνχλ λα ζπκβάιινπλ νπζηαζηηθά ζηηο ηειηθέο ηδηφηεηεο, αιιά θαη ζηε

ζπκπεξηθνξά ηνπ ζπλζέηνπ. Η ζπκβαηφηεηα γηα παξάδεηγκα, ησλ αξρηθψλ πιηθψλ

πνπ ζα επηιερζνχλ λα απαξηίζνπλ έλα ζχλζεην είλαη κείδνλνο ζεκαζίαο, φπσο επίζεο

θαη ν ηξφπνο θαηαζθεπήο ηνπ.


15

Ο ζεκαληηθφηεξνο ιφγνο πνπ επηιέγνληαη ηα ζχλζεηα πιηθά ζε δηάθνξεο

εθαξκνγέο, είλαη νη “εηδηθέο ηδηφηεηεο” (specific properties) πνπ δηαζέηνπλ, έλαληη

άιισλ πιηθψλ. Με ηνλ φξν εηδηθή ηδηόηεηα αλαθεξφκαζηε ζην ιφγν κηαο ηδηφηεηαο

ηνπ πιηθνχ, πξνο ηελ ππθλφηεηά ηνπ. Όζν κεγαιχηεξε είλαη ε ηηκή ηεο εηδηθήο

ηδηφηεηαο, ηφζν ειαθξχηεξν είλαη ην πιηθφ, δηαζέηνληαο ηαπηφρξνλα πςειφηεξε ηηκή

ηεο ζπγθεθξηκέλεο ηδηφηεηαο. Απηή ε παξάκεηξνο είλαη δσηηθήο ζεκαζίαο γηα ηε

ρξήζε ησλ ζπλζέησλ ζαλ δνκηθά ζηνηρεία, ζε εθαξκνγέο φπνπ ε ειάηησζε ηνπ

βάξνπο έρεη ζεκαληηθφ αληίθηππν ζηελ απνδνηηθφηεξε ιεηηνπξγία ηνπο, φπσο επίζεο

θαη ζηε κείσζε ηνπ θφζηνπο. Αληηθαηαζηψληαο κεηαιιηθά πιηθά κε ζχλζεηα ζε

θαηαζθεπέο, φπσο νη άηξαθηνη ησλ αεξνπιάλσλ, νη κεηψζεηο ηνπ βάξνπο κπνξνχλ λα

θηάζνπλ, αιιά θαη λα ππεξβνχλ νξηζκέλεο θνξέο ην 50%. ηελ Δηθφλα 1.1

εκθαλίδνληαη νξηζκέλεο ηερλνινγηθέο εθαξκνγέο ζηηο νπνίεο παξαδνζηαθά πιηθά πνπ

έρνπλ αληηθαηαζηαζεί επηηπρψο απφ ζχλζεηα, ελψ ζηνλ Πίλαθα 1.1 παξνπζηάδνληαη

ζπγθξηηηθέο ηηκέο εηδηθψλ ηδηνηήησλ, κεηαμχ ζχλζεησλ θαη παξαδνζηαθψλ πιηθψλ.

Εηθόλα 1.1 Σερλνινγηθέο εθαξκνγέο ζηηο νπνίεο ρξεζηκνπνηνχληαη πιένλ ζχλζεηα πιηθά, αληί ησλ

παξαδνζηαθψλ.


16

Πίλαθαο 1.1 πγθξηηηθφο πίλαθαο εηδηθψλ ηδηνηήησλ ζχλζεησλ θαη παξαδνζηαθψλ πιηθψλ.

Τιηθό

ξ

(Mg/m-3

)

E

(GPa)

Ts

(MPa)

εu

(%)

α

(10-6

oC

-1)

E/d

Ts/d

Κξάκα

πςειήο

αληνρήο

Al-Zn-Mg

2,80 72,0 503 11 24 25,7 180

Κξάκα

ράιπβα 7,85 207 2000 12-28 11 26,4 270

Κξάκα Ni 8,18 204 1200 26 16 24,9 1100

Nylon 6,6 1,14 2 70 60 90 1,8 61

Nylon/GRP

(25%) 1,47 14 207 2,2 25 9,5 141

CFE-UD

(60%)

Long 1,62

Trans

1,62

220

7

1400

38

0,8

0,6

-0,2

30,0

135,0

-

865

-

GFP-UD

(50%)

Long 1,93

Trans

1,93

38

10

750

22

1,8

0,2

11,0

-

19,7

-

390

-

GFP-20%

Random

Planar

1,55 8,5 110 2 25,0 5,5 71

φπνπ: ξ = ππθλφηεηα, Δ = κέηξν ηνπ Young, Ts = αληνρή ζε εθειθπζκφ, εu = παξακφξθσζε ζε

ζξαχζε, α = ζπληειεζηήο ζεξκηθήο δηαζηνιήο, E/d = εηδηθφ κέηξν ειαζηηθφηεηαο, Ts/d = εηδηθή αληνρή

ζε εθειθπζκφ, CFE-UD = carbon-fiber epoxy unidirectional, GFP-UD = Glass-fiber polyester-

unidirectional.


17

Έλα άιιν ζεκαληηθφ ραξαθηεξηζηηθφ ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ είλαη ηα κεγάια

θνξηία πνπ εμαθνινπζνχλ λα αλαιακβάλνπλ, αθφκα θαη κεηά απφ πηζαλή αζηνρία

ηνπο. Σν θαηλφκελν απηφ παξαηεξήζεθε ζε ζηαηηθέο δνθηκέο ζε ηλψδε ζχλζεηα πιηθά

θαη νθείιεηαη ζην γεγνλφο φηη αθφκα θαη κεηά ηελ αζηνρία ηνπ ζπλζέηνπ, παξ‟ φιν

πνπ νη ίλεο ζξαχνληαη, ε ηάζε κεηαβηβάδεηαη ζε πνιιαπιέο θαηεπζχλζεηο κέζα ζηε

κάδα ηνπ πιηθνχ θαη θπξίσο ζε άιιεο ίλεο νη νπνίεο δελ έρνπλ αθφκε αζηνρήζεη.

Παξαηεξήζεθε επίζεο φηη ηα ηλψδε ζχλζεηα παξνπζηάδνπλ κηθξή επαηζζεζία ζηελ

χπαξμε εγθνπψλ, ελψ ε δηάδνζε ησλ ξσγκψλ είλαη πεξηνξηζκέλε. Καηαζθεπέο απφ

ηέηνηα ζχλζεηα πιηθά, επέδεημαλ κεγαιχηεξε δηάξθεηα δσήο θαη απμεκέλε αληνρή ζε

θφπσζε, ζπγθξηηηθά κε απηή αληίζηνηρσλ κεηαιιηθψλ θαηαζθεπψλ.

Κάπνηα άιια πιενλεθηήκαηα ησλ ζπλζέησλ είλαη ε θαηαπιεθηηθή αληίζηαζή

ηνπο ζηελ ειεθηξνρεκηθή δηάβξσζε, θαηλφκελν αζπλήζηζην ζηα κεηαιιηθά πιηθά. Η

απφζβεζε ηαιαληψζεσλ πνπ παξνπζηάδνπλ θάπνηνη ηχπνη ζπλζέησλ (sandwich),

κέζσ ηεο κεγάιεο απνξξφθεζεο ελέξγεηαο είλαη έλα ραξαθηεξηζηηθφ ηνπο γλψξηζκα,

φπσο επίζεο θαη ε πςειή αληνρή πνπ επηδεηθλχνπλ ηα ηλψδε ζχλζεηα ζε θξνπζηηθά

θνξηία πςειήο ελέξγεηαο, κε απνηέιεζκα ηε δηαηήξεζε ηεο ζηαζεξφηεηαο ησλ

θαηαζθεπψλ, ζηηο νπνίεο βξίζθνπλ εθαξκνγή. [1,2]

1.3 Σαμηλόκεζε ύλζεησλ Τιηθώλ

Σα ζχλζεηα πιηθά κπνξνχλ λα ηαμηλνκεζνχλ ζε δηάθνξεο θαηεγνξίεο αλάινγα

κε ην θξηηήξην πνπ ρξεζηκνπνηείηαη θάζε θνξά. Η πην ζπλεζηζκέλε ηαμηλφκεζε ησλ

ζχλζεησλ πιηθψλ γίλεηαη κε βάζε ηνλ ηχπν ηνπ κέζνπ ελίζρπζεο. χκθσλα κε απηφ

ην θξηηήξην, ηα ζχλζεηα πιηθά θαηαηάζζνληαη ζηηο παξαθάησ θαηεγνξίεο:

Κνθθψδε Τιηθά (Particulates): Απνηεινχληαη απφ πνιχ κηθξά ζσκαηίδηα ζε

ζρήκα θφθθνπ, θάπνηνπ ηζρπξνχ θαη αλζεθηηθνχ πιηθνχ, ηα νπνία είλαη

δηεζπαξκέλα κέζα ζηε κήηξα, ε νπνία είλαη απφ δηαθνξεηηθφ πιηθφ. Οη

θφθθνη κπνξεί λα είλαη κεηαιιηθνί ή κε, φπσο επίζεο θαη ε κήηξα. Σα

θνθθψδε πιηθά έρνπλ ππνδεέζηεξεο κεραληθέο ηδηφηεηεο ζε ζρέζε κε ηα

ηλψδε, κηαο θαη ε ζπλεηζθνξά ησλ ζσκαηηδίσλ ζηε κεραληθή ζπκπεξηθνξά


18

ηνπ ζπλζέηνπ είλαη κηθξφηεξε απφ απηή ησλ ηλψλ. Έλα ζεκαληηθφ γλψξηζκα

ησλ θνθθσδψλ ζχλζεησλ πιηθψλ είλαη ε ρακειή ζπλήζσο ππθλφηεηα ζε

ζσκαηίδηα, πξάγκα πνπ πξνζδίδεη αξθεηά θαιέο εηδηθέο ηδηφηεηεο ζε απηά ηα

πιηθά. Ωο πξψηε χιε ζηα θνθθψδε, κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ θάπνηα

θπζηθά νξπθηά φπσο ν ηάιθεο, ελψ ε δηαδηθαζία κνξθνπνίεζεο απηψλ ησλ

πιηθψλ είλαη ζρεηηθά απιή θαη απηνκαηνπνηεκέλε, γεγνλφο πνπ επηηξέπεη ηελ

καδηθή παξαγσγή πξντφλησλ. Κνθθψδε πιηθά ρξεζηκνπνηνχληαη ζε

εθαξκνγέο κε πςειψλ απαηηήζεσλ φπσο αληηθείκελα θαζεκεξηλήο ρξήζεο,

εμαξηήκαηα απηνθηλήησλ, θαη άιια.

Ιλψδε Τιηθά (Fibre Reinforced Materials): ε απηνχ ηνπ ηχπνπ ηα πιηθά, ε

κήηξα εληζρχεηαη κε ίλεο ηπραίνπ ή κε πξνζαλαηνιηζκνχ, θάπνηνπ

ηζρπξφηεξνπ πιηθνχ. Οη ίλεο κπνξεί λα είλαη θεξακηθέο, πνιπκεξηθέο ή θαη

κεηαιιηθέο. Σα ηλψδε είλαη έλαο απφ ηνπο πην απινχο ηχπνπο ζχλζεησλ

πιηθψλ θαη παξνπζηάδνπλ εμαηξεηηθή αλάπηπμε, κε νινέλα θαη πεξηζζφηεξεο

εθαξκνγέο λα ηα ρξεζηκνπνηνχλ. Απηή ηνπο ε επηηπρία βαζίδεηαη ζην γεγνλφο

φηη ζπλδπάδνπλ ηδαληθά ην πςειφ εηδηθφ κέηξν ειαζηηθφηεηαο θαη ηελ πςειή

εηδηθή αληνρή πνπ παξνπζηάδνπλ, κε ηελ επθνιία ζην ζρεδηαζκφ ηνπο,

εθηνπίδνληαο ηα παξαδνζηαθά πιηθά ζε πνιιέο εθαξκνγέο. Σα ηλψδε ζχλζεηα

πιηθά δίλνπλ πνιιέο επηινγέο ζηνλ θαηαζθεπαζηή λα επηηχρεη επηζπκεηέο

ηδηφηεηεο κε ζρεηηθή επθνιία, αλάινγα ηελ εθαξκνγή γηα ηελ νπνία ηα

πξννξίδεη, επεκβαίλνληαο ηφζν ζηε πνζνζηηαία ζχζηαζε ηνπ πιηθνχ, φζν θαη

ζηε γεσκεηξία ηνπ. Μεξηθέο απφ ηηο πνιπάξηζκεο εθαξκνγέο ησλ ηλσδψλ

ζχλζεησλ πιηθψλ είλαη ζε νηθηαθά αληηθείκελα θαη ειεθηξηθέο ζπζθεπέο, ζε

αζιεηηθά είδε, ζε δνκηθά θαηαζθεπαζηηθά ζηνηρεία θαη εμαξηήκαηα ζρεδφλ

φισλ ησλ κέζσλ κεηαθνξάο, ζε νηθνδνκηθά πξντφληα, ζηελ αεξνδηαζηεκηθή,

θαη άιια.

Πνιχζηξσηα Τιηθά (Laminates – Sandwiches): ε απηά ηα πιηθά ε κήηξα,

αιιά θαη ην έγθιεηζκα έρνπλ ηε κνξθή θχιισλ θαη απνηεινχληαη απφ

δηαδνρηθέο ζηξψζεηο απφ ην ίδην ή δηαθνξεηηθφ πιηθφ. Ο ζπλδπαζκφο ηνπο

κπνξεί λα δψζεη έλα ζχλζεην πιηθφ κε εμαηξεηηθέο ηδηφηεηεο φπσο ε αληνρή, ε

αθακςία, ε αληίζηαζε ζηε θζνξά θαη ζηε δηάβξσζε, ε ζεξκηθή θαη αθνπζηηθή


19

κφλσζε, θαη άιια. Σα πνιχζηξσηα πιηθά θαηεγνξηνπνηνχληαη πεξαηηέξσ ζηα

δηκέηαιια, ηα επηκεηαιισκέλα κέηαιια, ηελ χαιν αζθαιείαο θαη ηα πιηθά κε

επίζηξσζε πιαζηηθνχ.

Με βάζε ην κέγεζνο ηνπ εληζρπηηθνχ κέζνπ, ηα ζχλζεηα κπνξνχλ λα

ρσξηζηνχλ ζηηο παξαθάησ θαηεγνξίεο:

Ναλνζχλζεηα: ην κέγεζνο ηνπ εγθιείζκαηνο είλαη ηεο ηάμεο ησλ 10-9

m,

Μηθξνζχλζεηα: ην κέγεζνο ηνπ εγθιείζκαηνο είλαη ηεο ηάμεο ησλ 10-6

m,

Μαθξνζχλζεηα: ην κέγεζνο ηνπ εγθιείζκαηνο είλαη κεγαιχηεξν ησλ 10-6

m.

Αιιάδνληαο ηψξα θξηηήξην, κηα δηαθνξεηηθή ηαμηλφκεζε κπνξεί λα γίλεη κε

βάζε ηνλ ηχπν ηεο κήηξαο σο εμήο:

1. χλζεηα πιηθά κεηαιιηθήο κήηξαο: Υξεζηκνπνηνχληαη θπξίσο ζε εθαξκνγέο

πςειψλ ζεξκνθξαζηψλ, κηαο θαη νη κεηαιιηθέο κήηξεο νμεηδψλνληαη ζε

ζεξκνθξαζίεο κεγαιχηεξεο ησλ 500 OC, ηε ζηηγκή πνπ νη νξγαληθέο έρνπλ

κέγηζην επηηξεπηφ φξην ιεηηνπξγίαο ηνπο 300 OC. αλ πιηθφ κήηξαο κπνξνχλ

λα ρξεζηκνπνηεζνχλ φια ηα κέηαιια, αιιά πξνηηκψληαη ζπλήζσο κέηαιια κε

ρακειή ππθλφηεηα, φπσο ην αινπκίλην, ην ηηηάλην, ην ληθέιην ή θαη θξάκαηα

απηψλ. εκαληηθά πιενλεθηήκαηά ηνπο είλαη ε απμεκέλε νιθηκφηεηά ηνπο, ε

βειηίσζε ηεο αθακςίαο ηνπο, ε αχμεζε ηνπ κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο, ε

κεησκέλε επαηζζεζία ζηελ παξνπζία δηαιπηψλ, αιιά θαη ε δηεχξπλζε ησλ

ζεξκνθξαζηαθψλ νξίσλ ρξήζεο ηνπ ζπλζέηνπ. Ωο κεηνλεθηήκαηα κπνξνχλ λα

θαηαγξαθνχλ ε δεκηνπξγία εχζξαπζησλ κεζνκεηαιιηθψλ ελψζεσλ ζηε

δηεπηθάλεηα ίλαο-κήηξαο, πνπ ζπκβάιινπλ ζηελ απνθφιιεζε ησλ ηλψλ απφ ηε

κήηξα, ε απμεκέλε ππθλφηεηά ηνπο, ε νπνία νδεγεί κε ηε ζεηξά ηεο ηελ

αλαπφθεπθηε αχμεζε ηνπ βάξνπο ηεο ζπλνιηθήο θαηαζθεπήο θαη επίζεο είλαη

αξθεηά δχζθνιε ε παξαγσγή ηνπ ζπλζέηνπ, γεγνλφο πνπ έρεη αξλεηηθφ

αληίθηππν θαη ζην ζπλνιηθφ θφζηνο.


20

2. χλζεηα πιηθά θεξακηθήο κήηξαο: Η κήηξα αλήθεη ζηελ θαηεγνξία ησλ

θεξακηθψλ θαη πξνέξρεηαη απφ ηε ζεξκηθή επεμεξγαζία αλφξγαλσλ ελψζεσλ,

φπσο π.ρ. ηα ληηξίδηα, ζε ζεξκνθξαζίεο ζπλήζσο άλσ ησλ 1000 OC. ηα

πιενλεθηήκαηά ηνπο ζπγθαηαιέγνληαη ε απμεκέλε ηνπο ζθιεξφηεηα, ε

δηαηήξεζε ηεο αληνρήο ηνπο αθφκα θαη ζε πςειέο ζεξκνθξαζίεο ιεηηνπξγίαο,

ε κεγάιε ηνπο αληνρή ζηε δηάβξσζε θαη ηε ρεκηθή πξνζβνιή, ελψ ηα

κεγαιχηεξα πξνβιήκαηά σο πξνο ηε ρξήζε ηνπο, είλαη ε αζηνρία ηεο κήηξαο

ζε κηθξφηεξεο παξακνξθψζεηο απφ απηέο πνπ κπνξεί λα ιάβεη ε ίλα, φπσο θαη

νη κεγάιεο δηαθνξέο ηνπ ζπληειεζηή γξακκηθήο δηαζηνιήο κεηαμχ ηεο

θεξακηθήο κήηξαο θαη ησλ ηλψλ, γεγνλφο πνπ νδεγεί ζε θησρή ζπλάθεηα

κεηαμχ ηνπο.

3. χλζεηα πιηθά πνιπκεξηθήο κήηξαο: Δίλαη ν πην δηαδεδνκέλνο ηχπνο

ζχλζεησλ πιηθψλ. ηελ επξεία εθαξκνγή ηνπο, ζεκαληηθφ ξφιν ζπληέιεζε ην

γεγνλφο φηη πιενλεθηνχλ έλαληη ησλ ζπλζέησλ κεηαιιηθήο θαη θεξακηθήο

κήηξαο, σο πξνο ην θφζηνο παξαγσγήο, πνπ είλαη αηζζεηά κηθξφηεξν, αιιά

θαη σο πξνο ηνλ ηξφπν θαηαζθεπήο, ν νπνίνο είλαη αξθεηά απιφηεξνο. Απηή ε

θαηεγνξία ησλ πιηθψλ θαηεγνξηνπνηείηαη πεξαηηέξσ, αλάινγα κε ην είδνο ηεο

πνιπκεξηθήο κήηξαο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη. Έηζη νη πνιπκεξηθέο κήηξεο

δηαθξίλνληαη ζε:

Θεξκνζθιεξπλφκελεο: Σα ζεξκνζθιεξπλφκελα πνιπκεξή, πνιπκεξίδνληαη

αθνχ ζεξκαλζνχλ θαη ε δηαδηθαζία απηή είλαη κε αληηζηξεπηή. Γειαδή, κεηά

ηνλ πξψην θχθιν ζέξκαλζεο, αλ ην πνιπκεξέο επαλαζεξκαλζεί, ηφηε απηφ

καιαθψλεη, αιιά δε ξέεη, γεγνλφο πνπ δελ επηηξέπεη ηε επαλακνξθνπνίεζή

ηνπ. Καηά ηε δηάξθεηα ηνπ πνιπκεξηζκνχ, δεκηνπξγνχληαη ζηαπξνδεζκνί

κεηαμχ ησλ καθξνκνξίσλ (crosslinks), νη νπνίνη επηβάιινπλ πεξηνξηζκνχο ζηε

θηλεηηθφηεηά ηνπο, κε απνηέιεζκα ην ηειηθφ πξντφλ λα είλαη ζηεξεφ θαη

άθακπην. Οη ζεξκνζθιεξπλφκελεο κήηξεο ρξεζηκνπνηνχληαη ζπλήζσο ζε

ζχλζεηα πιηθά φπνπ ην δεηνχκελν είλαη νη βειηησκέλεο κεραληθέο ηδηφηεηεο.

πλεζηζκέλα ζεξκνζθιεξπλφκελα πνιπκεξή είλαη νη επνμεηδηθέο ξεηίλεο

(EP), νη αθφξεζηνη πνιπεζηέξεο (UP), ηα πνιπηκίδηα (PI), νη θαηλνινπιάζηεο

(PF), θαη άιια.


21

Θεξκνπιαζηηθέο: Σα ζεξκνπιαζηηθά πιηθά ρξεζηκνπνηνχληαη ζε έλα επξχ

θάζκα εθαξκνγψλ, ιφγσ ηνπ ρακεινχ ηνπο θφζηνπο, αιιά θαη ηεο επθνιίαο

επεμεξγαζίαο θαη κνξθνπνίεζήο ηνπο κε θνηλέο κεζφδνπο. ε απηνχ ηνπ

είδνπο ηα πνιπκεξή, νη αιπζίδεο ζπλδένληαη κεηαμχ ηνπο κε αζζελείο δεζκνχο

Van der Waals θαη δελ αλαπηχζζνληαη ζηαπξνδεζκνί, ζε αληίζεζε κε ηα

ζεξκνζθιεξπλφκελα πνιπκεξή. Υαξαθηεξηζηηθφ ησλ ζεξκνπιαζηηθψλ είλαη

πσο καιαθψλνπλ θαη ξένπλ ζε πεξίπησζε πνπ εθαξκνζηεί ζε απηά,

ζπλδπαζκφο ζεξκνθξαζίαο θαη πίεζεο. Έηζη, ηα πεξηζζφηεξα ζεξκνπιαζηηθά

κπνξνχλ λα επαλακνξθνπνηεζνχλ πνιιέο θνξέο, γεγνλφο πνπ ηα θαζηζηά θαη

αλαθπθιψζηκα. Πνιχ γλσζηά ζεξκνπιαζηηθά είλαη ην πνιπβηλπινρισξίδην

(PVC), ην πνιπαηζπιέλην (PE), ην πνιππξνππιέλην (PP), ην πνιπζηπξέλην

(PS), ν πνιπκεζαθξπιηθφο κεζπιεζηέξαο (PMMA), ην πνιπακίδην (NYLON),

θαη άιια.

Διαζηνκεξηθέο: Σα ειαζηνκεξή είλαη κηα ελδηάκεζε θαηάζηαζε ζε ζρέζε κε

ηα ζεξκνπιαζηηθά θαη ηα ζεξκνζθιεξπλφκελα πνιπκεξή. Υαξαθηεξηζηηθή

ηνπο ηδηφηεηα είλαη ε ηθαλφηεηα λα παξαιακβάλνπλ πνιχ κεγάιεο

παξακνξθψζεηο (300-700% ηνπ αξρηθνχ ηνπο κήθνπο), ιφγσ ηνπ ρακεινχ

αξηζκνχ ζηαπξνδεζκψλ πνπ πεξηέρνπλ. Κάησ απφ θαζεζηψο θφξηηζεο, ηα

καθξνκφξηα ηείλνπλ λα επζπγξακκηζηνχλ, κηαο θαη νη αιπζίδεο μεδηπιψλνληαη

θαη ζηε ζπλέρεηα “ηεληψλνληαη” νη κεηαμχ ηνπο δεζκνί. Όηαλ ε θφξηηζε

παχζεη λα πθίζηαηαη, ηφηε ηα ειαζηνκεξή επαλέξρνληαη ζηελ αξρηθή ηνπο

θαηάζηαζε, ιφγσ ηεο αξρηηεθηνληθήο ηεο δνκήο ηνπο, φπνπ ππάξρεη “πιέμηκν”

ησλ αιπζίδσλ κε ηηο δηαθιαδψζεηο, κέζσ θνκβηθψλ ζεκείσλ. ηελ θαηεγνξία

ησλ ειαζηνκεξψλ αλήθνπλ ην θπζηθφ θανπηζνχθ (NR), ην ζπλζεηηθφ

πνιπηζνπξέλην (IR), θαη άιια. [1,2]

Κεθάιαην 2 – Πνιπκεξή & Πνιπκεξηθά χλζεηα Τιηθά: EP, PMMA, CFRP, GFRP

22

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2

ΠΟΛΤΜΔΡΗ & ΠΟΛΤΜΔΡΙΚΑ ΤΝΘΔΣΑ ΤΛΙΚΑ:

EP, PMMA, CFRP, GFRP

2.1 Εηζαγσγή

ηελ παξνχζα κεηαπηπρηαθή εξγαζία κειεηάηαη ε κεραληθή ζπκπεξηθνξά ζε

θξνχζε δχν δηαθνξεηηθψλ πνιπκεξψλ θαη δχν δηαθνξεηηθψλ ζχλζεησλ πιηθψλ. Έηζη,

ζε απηφ ην θεθάιαην ζα γίλεη κηα γεληθή επηζθφπεζε ησλ πιηθψλ πνπ

ρξεζηκνπνηήζεθαλ ζηα πιαίζηα ηεο εξγαζίαο, εθ ησλ νπνίσλ ηα πνιπκεξή είλαη ε

επνμεηδηθή ξεηίλε (EP) θαη ν πνιπκεζαθξπιηθφο κεζπιεζηέξαο (PMMA), ελψ ηα

ζχλζεηα πιηθά είλαη απηά ηεο πνιπκεξηθήο κήηξαο εληζρπκέλα κε ίλεο άλζξαθα

(CFRP – carbon fibre reinforced plastics) θαη ηα ζχλζεηα πνιπκεξηθήο κήηξαο

εληζρπκέλα κε ίλεο γπαιηνχ (GFRP – glass fibre reinforced plastics).

2.2 Επνμεηδηθέο Ρεηίλεο

2.2.1. Γεληθά

Η επνμεηδηθή ξεηίλε (EP) είλαη έλα ζεξκνζθιεξπλφκελν πνιπκεξέο, ην νπνίν

απνηειείηαη απφ αιπζίδεο πνπ θέξνπλ ηελ νκάδα ηνπ επνμεηδίνπ (Δηθφλα 2.1). Σα

πξνπνιπκεξή ησλ ζπλεζέζηεξσλ επνμεηδηθψλ ξεηηλψλ παξάγνληαη απφ ηελ

αληίδξαζε ζπκπχθλσζεο ηεο δηθαηλφιεο Α [2,2΄-δη(4-πδξνμπθαηλπιν)-πξνπάλην] θαη

ηεο επηρισξπδξίλεο (Δηθφλα 2.2). Δάλ ην πξνπνιπκεξέο ζπκκεηέρεη ζηε δεκηνπξγία


23

ηνπ ηξηζδηάζηαηνπ δηθηχνπ κε ηηο δχν δξαζηηθέο νκάδεο νλνκάδεηαη ηεινδνκηθφ

πξνπνιπκεξέο (structoterminal prepolymer), εάλ φκσο δε κπαίλεη ζην ηξηζδηάζηαην

πιέγκα κέζσ νκάδσλ επξηζθνκέλσλ θαηά κήθνο ηεο αιπζίδαο ηνπ, ηφηε νλνκάδεηαη

πιεπξνδνκηθφ πξνπνιπκεξέο (structopendant prepolymer).

Εηθόλα 2.1 Δπνμεηδηθή νκάδα.

Εηθόλα 2.2 Αληίδξαζε ζπκπχθλσζεο δηθαηλφιεο Α κε επηρισξπδξίλε, πξνο ζρεκαηηζκφ

πξνπνιπκεξνχο επνμεηδηθήο ξεηίλεο.

Απφ πιεπξάο θπζηθήο θαηάζηαζεο ην πξνπνιπκεξέο κπνξεί λα είλαη ξεπζηφ

πγξφ ή ζηεξεφ θαη αληηδξψληαο κε θαηάιιειν αληηδξαζηήξην, ην νπνίν νλνκάδεηαη

ζθιεξπληήο (curing agent ή hardener), κεηαηξέπεηαη ζε έλα άθακπην ζηεξεφ ιφγσ

ηνπ ζρεκαηηζκνχ ζηαπξνδεζκψλ (crosslinks) αλάκεζα ζηηο καθξνκνξηαθέο αιπζίδεο,


24

κε απνηέιεζκα ηε δεκηνπξγία ελφο ηζρπξνχ ηξηζδηάζηαηνπ δηθηχνπ ην νπνίν

πεξηνξίδεη ηελ θηλεηηθφηεηα ησλ καθξνκνξίσλ θαη δελ θαηαζηξέθεηαη.

Οη επνμεηδηθέο ξεηίλεο κπνξνχλ λα πνιπκεξηζηνχλ απφ κηα επξεία γθάκα

ζθιεξπληψλ, φπσο είλαη νη δηακίλεο, νη δηαλπδξίηεο ηνπ ηεηξαθαξβνμπιηθνχ νμένο,

θαη άιινη. Η επηινγή ηνπ θαηάιιεινπ ζθιεξπληή εμαξηάηαη απφ κηα ζεηξά

παξακέηξσλ πνπ έρνπλ λα θάλνπλ κε ηηο ζπλζήθεο ζθιήξπλζεο, ηηο επηζπκεηέο

θπζηθέο θαη κεραληθέο ηδηφηεηεο ηνπ ζεξκνζθιεξπλφκελνπ πνιπκεξνχο, φπσο επίζεο

θαη κε ηηο εθαξκνγέο γηα ηηο νπνίεο πξννξίδεηαη. Η πνζφηεηα ηνπ ζθιεξπληή πνπ ζα

πξνζηεζεί ζην κίγκα κε ην πξνπνιπκεξέο επεξεάδεη σο έλα βαζκφ ηελ ηαρχηεηα

πνιπκεξηζκνχ, θαζψο θαη ην πιήζνο ησλ ζηαπξνδεζκψλ πνπ ζα ζρεκαηηζηνχλ. Η

δηαδηθαζία ηνπ πνιπκεξηζκνχ (curing) κπνξεί λα επεξεαζηεί απφ ηε ζεξκνθξαζία,

αιιά θαη απφ ηε θχζε ηεο ξεηίλεο θαη ηνπ ζθιεξπληή πνπ ζα επηιερζνχλ, κε ηε

δηαδηθαζία λα κπνξεί λα δηαξθέζεη απφ κεξηθά ιεπηά έσο θαη ψξεο. [3,4]

2.2.2 Ιδηόηεηεο – Εθαξκνγέο

Οη επνμεηδηθέο ξεηίλεο πξσηνεκθαλίζηεθαλ ην 1947 ζηηο Η.Π.Α. θαη

απνηεινχλ ηε βάζε ησλ πιηθψλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζε πνιιέο εθαξκνγέο, θαζψο

επίζεο θαη ζχλζεησλ πιηθψλ, φπσο απηά πνπ είλαη εληζρπκέλα κε ίλεο άλζξαθα

(CFRP) θαη ίλεο γπαιηνχ (GFRP). Η ρεκηθή δνκή ησλ επνμεηδηθψλ ξεηηλψλ επηηξέπεη

ηελ χπαξμε κηαο κεγάιεο γθάκαο εκπνξηθά δηαζέζηκσλ ξεηηλψλ, γεγνλφο πνπ έρεη

ζαλ απνηέιεζκα ηα ηειηθά πξντφληα λα πνηθίινπλ σο πξνο ηηο ηειηθέο ηνπο ηδηφηεηεο,

επηηξέπνληαο ζηνλ θαηαζθεπαζηή λα δηαιέγεη ηελ θαηάιιειε ξεηίλε γηα ηελ

επηζπκεηή εθαξκνγή. Η επξεία ρξήζε ηνπο ζε κνληέξλεο εθαξκνγέο δελ είλαη

θαζφινπ ηπραία θαη εμεηάδνληαο παξαθάησ κηα ζεηξά παξακέηξσλ, ζα γίλεη εχθνια

θαηαλνεηφ γηαηί νη επνμεηδηθέο πξνηηκνχληαη πεξηζζφηεξν, ζε ζρέζε κε άιιεο

ζεξκνζθιεξπλφκελεο ξεηίλεο, φπσο νη πνιπεζηεξηθέο ή νη βηλπιεζηεξηθέο.

Οη επνμεηδηθέο ξεηίλεο έρνπλ άξηζηε αληίζηαζε ζε θσηηά θαη ζε ρεκηθή

πξνζβνιή, γεγνλφο πνπ ζπλέβαιε ηα κάια ζηελ αλάδεημε ησλ επνμεηδηθψλ

ζπζηεκάησλ θαηάιιεισλ ζηνλ ηνκέα ησλ ρξσκάησλ θαη ησλ επηθαιππηηθψλ πιηθψλ.

Υξεζηκνπνηνχληαη επξέσο ζε ρξψκαηα ηεο λαππεγηθήο θαη ηεο


25

απηνθηλεηνβηνκεραλίαο, βειηηψλνληαο ηε ζπλάθεηά ηνπο, αιιά θαη γηα ηελ επηθάιπςε

ησλ επηθαλεηψλ ζε κεηαιιηθέο θαηαζθεπέο, ηηο νπνίεο πξνζηαηεχνπλ απφ ηελ UV

αθηηλνβνιία θαη ηελ πεξηβαιινληηθή δηάβξσζε.

Μηα άιιε ραξαθηεξηζηηθή ηδηφηεηα ησλ επνμεηδηθψλ ξεηηλψλ είλαη ε θαιή

ηνπο ζεξκνζηαζεξφηεηα, γεγνλφο πνπ έρεη ζαλ απνηέιεζκα ηε δηαηήξεζε ησλ

ηδηνηήησλ ηεο ηειηθήο εθαξκνγήο ζε πςειφηεξεο ζεξκνθξαζίεο ιεηηνπξγίαο, ελ

ζπγθξίζεη κε άιιεο ξεηίλεο. Έηζη απηή ε ηθαλφηεηα ηεο θαηαζθεπήο, ηελ θαζηζηά

ρξεζηηθφηαηε θαη επηκεθχλεη ηνλ ρξφλν δσήο ηεο, αθνχ δελ ππάξρεη ππνβάζκηζε ησλ

ηδηνηήησλ ηνπ πιηθνχ ζε βάζνο ρξφλνπ.

Όζνλ αθνξά ηε κεραληθή ζπκπεξηθνξά ησλ επνμεηδηθψλ ζπζηεκάησλ, δχν

ζεκαληηθέο ηδηφηεηέο ηνπο, είλαη ε αληνρή ζε εθειθπζκφ θαη ε δπζθακςία ηνπο. ηελ

Δηθφλα 2.3 θαίλεηαη ε ππεξνρή ηεο επνμεηδηθήο ξεηίλεο έλαληη ησλ πνιπεζηεξηθψλ

θαη ησλ βηλπιεζηεξηθψλ ξεηηλψλ ζε δνθηκέο εθειθπζκνχ, φπνπ κειεηήζεθαλ ε

αληνρή θαη ε δπζθακςία ηνπο γηα δχν δηαθνξεηηθέο ζπλζήθεο πνιπκεξηζκνχ.

Εηθόλα 2.3 χγθξηζε κεραληθψλ ηδηνηήησλ, ζεξκνζθιεξπλφκελσλ ξεηηλψλ.

εκαληηθή ηδηφηεηα, απφξξνηα ηεο νπνίαο είλαη ε εμαηξεηηθή κεραληθή

ζπκπεξηθνξά πνπ έρνπλ ηα ζχλζεηα πιηθά, είλαη ε πξφζθπζε πνπ πξνζθέξνπλ ηα


26

επνμεηδηθά ζπζηήκαηα ζηηο εληζρχζεηο, φηαλ απηά ρξεζηκνπνηνχληαη ζαλ κήηξα. Η

ρεκηθή ζχλζεζε ησλ επνμεηδηθψλ ξεηηλψλ κε ηελ παξνπζία ησλ πνιηθψλ

πδξνμπινκάδσλ θαη ησλ αηζεξνκάδσλ, πξνζθέξνπλ ηελ θαιχηεξε δπλαηή πξφζθπζε

ζε ζρέζε κε ηηο άιιεο ζεξκνζθιεξπλφκελεο ξεηίλεο. Η ζπκβαηφηεηα ηεο κήηξαο κε

ην έγθιεηζκα είλαη επίζεο δσηηθήο ζεκαζίαο γηα ην ζχλζεην πιηθφ θαη νδεγεί ζε

πεξαηηέξσ βειηίσζε ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο ηνπ.

Απμεκέλεο ζεκαζίαο γηα ην ζρεδηαζκφ θαη ηελ θαηαζθεπή ελφο ζχλζεηνπ

πιηθνχ είλαη ν ρακειφο βαζκφο ζπξξίθλσζεο ησλ επνμεηδηθψλ ξεηηλψλ, θαηά ηε

δηάξθεηα, αιιά θαη κεηά ηε δηαδηθαζία ηνπ πνιπκεξηζκνχ. Η ζπξξίθλσζε απηή

ζπκβαίλεη ιφγσ ηεο επαλαδηάηαμεο θαη επαλαπξνζαλαηνιηζκνχ ησλ κνξίσλ ηεο

ξεηίλεο, θαηά ηε δηάξθεηα ηεο ζηεξενπνίεζεο ηνπ κίγκαηνο ηεο ξεηίλεο κε ην

ζθιεξπληή. Δλψ νη ζπλήζεηο ζεξκνζθιεξπλφκελεο ξεηίλεο κεηά ην πέξαο ηνπ

πνιπκεξηζκνχ, ζπξξηθλψλνληαη ζε έλα πνζνζηφ ηεο ηάμεσο άλσ ηνπ 8%, νη

επνμεηδηθέο ζπξξηθλψλνληαη πεξίπνπ ζην 2%. Δλ ησ κεηαμχ, φζν κηθξφηεξνο είλαη ν

βαζκφο ζπξξίθλσζεο ηνπ ηειηθνχ πξντφληνο, ηφζν κεηψλεηαη θαη ε χπαξμε

εζσηεξηθψλ ηάζεσλ κέζα ζην πιηθφ, πξάγκα πνπ ζπκβάιιεη ζηε βειηίσζε ησλ

κεραληθψλ ηδηνηήησλ ηνπ θαη δηαηήξεζε ηεο ζηαζεξφηεηαο ησλ δηαζηάζεψλ ηνπ.

Λφγσ ηεο εμαηξεηηθήο ηνπο πξφζθπζεο, ηα επνμεηδηθά ζπζηήκαηα βξίζθνπλ

εθαξκνγέο θαη ζηνλ ηνκέα ησλ ζπγθνιιεηηθψλ, ρξεζηκνπνηνχληαη κε κεγάιε επηηπρία

ζηελ απηνθηλεηνβηνκεραλία, ζε αεξνπνξηθέο θαηαζθεπέο, ζε ζθάθε ζαιάζζεο θαη

νπνπδήπνηε αιινχ απαηηείηαη ε χπαξμε ηζρπξνχ κεραληθνχ δεζκνχ. Η δηαηήξεζε ηνπ

κεραληθνχ δεζκνχ ζε βάζνο ρξφλνπ ζε ηέηνηνπ είδνπο εθαξκνγέο, είλαη ζέκα χςηζηεο

ζεκαζίαο θαη είλαη ζεκαληηθφ λα ιακβάλεηαη ππφςε ε παξάκεηξνο ηεο απνξξφθεζεο

πγξαζίαο, εηδηθά ζε ζαιάζζην πεξηβάιινλ. Όιεο νη ξεηίλεο απνξξνθνχλ έλα πνζνζηφ

πγξαζίαο θαη έρεη λφεκα λα ειεγρζεί θαηά πφζν ππνβαζκίδνληαη θάπνηεο ηδηφηεηεο

ηνπ ηειηθνχ ζχλζεηνπ πιηθνχ, κηαο θαη ηα κφξηα ηνπ λεξνχ απμάλνπλ ηελ

θηλεηηθφηεηα ησλ καθξνκνξίσλ ηεο πνιπκεξηθήο κήηξαο, κε απνηέιεζκα λα

επεξεάδεηαη ε δηεπηθάλεηα ηεο κήηξαο κε ηελ ελίζρπζε. Οη επνμεηδηθέο ξεηίλεο

απνξξνθνχλ κηθξφηεξν πνζνζηφ πγξαζίαο ζε ζρέζε κε άιιεο ξεηίλεο, φπσο θαίλεηαη

θαη ζηελ Δηθφλα 2.4.


27

Εηθόλα 2.4 Δπίδξαζε ηεο απνξξφθεζεο πγξαζίαο ζε δνθηκέο αληνρήο ζε δηαζηξσκαηηθή δηάηκεζε

(ILLS - Inter-Laminar Shear Strength).

Σέινο, νη επνμεηδηθέο ξεηίλεο είλαη επίζεο ζεκαληηθέο θαη γηα ηε βηνκεραλία

παξαγσγήο ειεθηξνληθψλ ζπζηεκάησλ, κηαο θαη είλαη άξηζηνη κνλσηέο θαη

πξνζηαηεχνπλ ειεθηξνληθά θπθιψκαηα απφ βξαρπθπθιψκαηα, ζθφλε θαη πγξαζία.

πρλέο εθαξκνγέο ζε ηέηνηεο πεξηπηψζεηο έρνπλ ζε θηλεηήξηα ζχλνια, γελλήηξηεο

ξεχκαηνο, κεηαζρεκαηηζηέο, θ.α. [4-6]

2.3 Πνιπκεζαθξπιηθόο Μεζπιεζηέξαο

2.3.1 Γεληθά

Ο πνιπκεζαθξπιηθφο κεζπιεζηέξαο (PMMA) είλαη έλα δηαθαλέο

ζεξκνπιαζηηθφ αθξπιηθφ πνιπκεξέο, ην νπνίν ρξεζηκνπνηείηαη ζε δηάθνξεο

εθαξκνγέο θπξίσο ζαλ ππνθαηάζηαην ηνπ γπαιηνχ, ην νπνίν κπνξεί λα είλαη

αζθαιέζηεξν θαηά ην ζξπκκαηηζκφ ηνπ ζε ζρέζε κε ην γπαιί. Σν πνιπκεξέο απηφ

εμειίρηεθε γηα πξψηε θνξά ην 1928, ελψ ζρεδφλ κηα πεληαεηία αξγφηεξα δηαηέζεθε

ζηηο αγνξέο, κε ηελ εκπνξηθή νλνκαζία Plexiglas. Σν PMMA ζρεκαηίδεηαη κε

πνιπκεξηζκφ κέζσ ειεπζέξσλ ξηδψλ, φπσο θαίλεηαη θαη ζηελ Δηθφλα 2.5.


28

Εηθόλα 2.5 Υεκηθή αληίδξαζε ζρεκαηηζκνχ ηνπ πνιπκεζαθξπιηθνχ κεζπιεζηέξα.

Ο πνιπκεζαθξπιηθφο κεζπιεζηέξαο ιφγσ αξθεηψλ θαιψλ ηνπ θπζηθψλ

ηδηνηήησλ, αιιά θαη ιφγσ ηεο επθνιίαο θαη ηνπ ρακεινχ θφζηνπο παξαγσγήο ηνπ,

έρεη δηάθνξεο εθαξκνγέο, νπηηθνχ, ηαηξηθνχ, αηζζεηηθνχ ραξαθηήξα, θ.α. ηνλ

Πίλαθα 2.1 θαίλνληαη νη ηηκέο κεξηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ θπζηθψλ θαη κεραληθψλ

ηδηνηήησλ ηνπ PMMA. [3,6]

Πίλαθαο 2.1 Υαξαθηεξηζηηθέο θπζηθέο θαη κεραληθέο ηδηφηεηεο ηνπ PMMA.

Ππθλόηεηα 1.15-1.19 (gr/cm3)

Θεξκνθξαζία ηήμεο 160 oC

Θεξκνθξαζία παιώδνπο κεηάπησζεο ~105 oC

Μέηξν ειαζηηθόηεηαο 1.8-3.1 (GPa)

Μέηξν δηάηκεζεο ~1.7 (GPa)

Αληνρή ζε εθειθπζκό 48-76 (MPa)

Παξακόξθσζε 2-10 %

Λόγνο Poisson 0.35-0.4

Απνξξόθεζε πγξαζίαο 0.3-0.4 %


29


Ο πνιπκεζαθξπιηθφο κεζπιεζηέξαο έρεη εμαηξεηηθέο νπηηθέο ηδηφηεηεο ζαλ

πιηθφ. Δπηηξέπεη ζε πνζνζηφ πεξίπνπ 92% ηνπ νξαηνχ θσηφο, λα δηέιζεη δηακέζνπ

ηνπ, κηαο θαη είλαη δηαθαλέο ζαλ ην νπηηθφ γπαιί. Μπνξεί λα θηιηξάξεη ηελ ππεξηψδε

αθηηλνβνιία (UV) γηα κήθε θχκαηνο ζπλήζσο θάησ ησλ 300 nm, ελψ κε ηε

πξνζζήθε πξνζζέησλ κπνξεί λα θηάζεη έσο θαη ηα 400 nm. Σν ζχλεζεο PMMA

επηηξέπεη επίζεο ηε δηέιεπζε ππέξπζξνπ θσηφο κέρξη θαη κήθνο θχκαηνο 2800 nm,

ελψ ππάξρνπλ θαη άιινη ηχπνη ηνπ ίδηνπ πιηθνχ νη νπνίνη είλαη ρξσκαηηζκέλνη θαη

επηηξέπνπλ ζπγθεθξηκέλα κήθε θχκαηνο ηεο ππέξπζξεο αθηηλνβνιίαο (IR) λα

πεξλάεη, ηε ζηηγκή πνπ ηαπηφρξνλα εκπνδίδνπλ ηα κήθε θχκαηνο ηεο νξαηήο λα

πεξάζνπλ. Όζνλ αθνξά ηηο νπηηθέο ηνπ ηδηφηεηεο, ην Plexiglas βξίζθεη εθαξκνγή

ζπλήζσο ζηα παξάζπξα ησλ αεξνπιάλσλ, ζηε θαηαζθεπή ησλ εμσηεξηθψλ

θαιπκκάησλ ζηα θσηηζηηθά ζψκαηα ησλ απηνθηλήησλ, ζην δηαθαλέο ζηνηρείν ζηα

θξάλε, κέζα απφ ην νπνίν βιέπεη ν νδεγφο κηαο κνηνζπθιέηαο, ζηε θαηαζθεπή

νπηηθψλ ηλψλ θαη αιινχ.

Μηα πνιχ ζεκαληηθή θαηεγνξία εθαξκνγψλ πνπ βξίζθεη ν πνιπκεζαθξπιηθφο

κεζπιεζηέξαο είλαη ηαηξηθνχ ραξαθηήξα, κηαο θαη έρεη αξθεηά θαιή ζπκβαηφηεηα κε

ηνπο αλζξψπηλνπο ηζηνχο θαη δελ απνηειεί αηηία αιιεξγηθψλ αληηδξάζεσλ. Σν

PMMA ρξεζηκνπνηήζεθε αξρηθά ην 1937 ζηελ νδνληηαηξηθή ζαλ πιηθφ θαηαζθεπήο

βάζεσλ νδνληνζηνηρηψλ, ελψ ζήκεξα ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ θαηαζθεπή θηλεηψλ

νξζνδνληηθψλ κεραλεκάησλ θαη ζπλζεηηθψλ δνληηψλ. ηε ρεηξνπξγηθή νξζνπεδηθή

ρξεζηκνπνηείηαη ζαλ νζηηθφ ηζηκέλην, ζε πεξηπηψζεηο νζηηθψλ ειιεηκκάησλ, φπσο

επίζεο γηα ηνπο ίδηνπο ιφγνπο βξίζθεη εθαξκνγή θαη ζηε γλαζνπξνζσπηθή

πξνζζεηηθή. Δπηπιένλ ρξεζηκνπνηείηαη θαη ζε νθζαικνινγηθέο εθαξκνγέο φπσο ε

θαηαζθεπή ζθιεξψλ θαθψλ επαθήο, αιιά θαη ζαλ ελδνθζάικησλ θαθψλ ζηε

ρεηξνπξγηθή ηνπ θαηαξξάθηε, επίηεπγκα πνπ ζεσξείηαη ζαλ ην ζεκαληηθφηεξν ηνπ

20νπ

αηψλα γηα ηελ νθζαικνινγία.

Σν Plexiglas έρεη εμαηξεηηθή πεξηβαιινληηθή ζηαζεξφηεηα ζε ζρέζε κε άιια

ζεξκνπιαζηηθά πνιπκεξή, ιφγσ ησλ θαιψλ ηνπ αληνρψλ ζε ππεξηψδε αθηηλνβνιία,

ζηε δέζηε θαη ζηελ απνξξφθεζε πγξαζίαο, γεγνλφο πνπ ην θαζηζηά ηδαληθφ γηα


30

πνιιέο εθαξκνγέο ζε εμσηεξηθνχο ρψξνπο. Δπίζεο ζεκαληηθή ζε ηέηνηεο εθαξκνγέο,

είλαη θαη ε ζηαζεξφηεηα ζηε δηαηήξεζε ηνπ ζρήκαηνο ηνπ ηειηθνχ πξντφληνο πνπ

επηδεηθλχεη ην PMMA, ιφγσ ηνπ ρακεινχ βαζκνχ ηνπ ζπξξίθλσζεο θαη θζνξάο ζε

βάζνο ρξφλνπ.

Οη κεραληθέο ηδηφηεηεο πνπ παξνπζηάδεη ν πνιπκεζαθξπιηθφο κεζπιεζηέξαο

είλαη αμηνζεκείσηεο. Δίλαη δχζθακπην πνιπκεξέο, παξνπζηάδεη αληίζηαζε ζηε

δηάδνζε ξσγκψλ, έρεη θαιή αληνρή θαη ζθιεξφηεηα, ελψ έρεη θαη θαιή αληίζηαζε

ηξηβήο. Δμάιινπ δελ είλαη ηπραίν πσο έρεη αληηθαηαζηήζεη ζε πνιιέο εθαξκνγέο ην

γπαιί, φπνπ είλαη αλαγθαία ε δηαηήξεζε θάπνησλ νπηηθψλ ηδηνηήησλ, αιιά

ηαπηφρξνλα είλαη δεηνχκελν ε αλαβάζκηζε ζπγθεθξηκέλσλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ.

Δπίζεο, άμηνλ αλαθνξάο είλαη φηη ρξεζηκνπνηψληαο ζε ηέηνηεο εθαξκνγέο ην PMMA,

ζε ζρέζε κε ην γπαιί, ζε πεξίπησζε αζηνρίαο ηνπ πιηθνχ κεηψλεηαη ν θίλδπλνο λα

ηξαπκαηηζηεί θάπνηνο πνπ ελδερνκέλσο λα είλαη θνληά ζην ρψξν απηνχ ηνπ

ζπκβάληνο, κηαο θαη αληίζεηα απφ ην γπαιί, ην PMMA ζπάεη ζε κεγάια θνκκάηηα, ηα

νπνία δελ είλαη θνθηεξά θαη δελ απνθηνχλ κεγάιε ηαρχηεηα θαηά ηε ζξαχζε, ιφγσ

ηνπ κηθξνχ βάξνπο ηνπ πιηθνχ.

Σέινο ην PMMA ζαλ ζεξκνπιαζηηθφ πιηθφ κπνξεί λα αλαθπθισζεί θαη

ρξεζηκνπνηείηαη επίζεο θαη ζε άιιεο εθαξκνγέο φπνπ γίλεηαη ζπλδπαζκφο ηδηνηήησλ,

φπσο ζαλ πιηθφ ζηελ θαηαζθεπή νπηηθψλ δίζθσλ εγγξαθήο (CD, DVD), ζαλ νδεγφο

θσηφο ζε TFT-LCD νζφλεο, ζαλ πβξηδηθφ θαχζηκν ζε ππξαχινπο, ζαλ “αζπίδα” απφ

ηελ αθηηλνβνιία β πνπ εθπέκπεηαη απφ ηζφηνπα, αθνχ δελ ηεο επηηξέπεη λα ην

δηαπεξάζεη, θαη άιιεο αθφκα. [5,8,9]

2.4 ύλζεηα Τιηθά Πνιπκεξηθήο Μήηξαο Εληζρπκέλα κε Ίλεο

Άλζξαθα

2.4.1 Γεληθά

Σα ζχλζεηα πιηθά πνιπκεξηθήο κήηξαο εληζρπκέλα κε ίλεο άλζξαθα (CFRP)

έθαλαλ ηελ εκθάληζή ηνπο γηα πξψηε θνξά ηε δεθαεηία ηνπ ‟50 θαη κέζα ζηα

επφκελα ρξφληα επέηπραλ λα θαζηεξσζνχλ σο δνκηθά θαηαζθεπαζηηθά ζηνηρεία ζε


31

πνιιέο θαηαζθεπέο, ελψ ζήκεξα, καδί κε ηα ζχλζεηα πνπ είλαη εληζρπκέλα κε

αξακηδηθέο ίλεο, ινγίδνληαη σο “ζχλζεηα πιηθά πςειήο απφδνζεο” (high performance

composites). ηε ζπληξηπηηθή πιεηνςεθία ησλ CFRP, ην ηίκεκα γηα ηελ εμαζθάιηζε

ηεο πςειήο απφδνζεο απηψλ ησλ ζπλζέησλ, είλαη ην πςειφ θφζηνο παξαγσγήο, αιιά

ηα ηειεπηαία ρξφληα κε ηελ χπαξμε κηαο κεγάιεο πνηθηιίαο εκπνξηθά δηαζέζηκσλ ηλψλ

άλζξαθα, θαζψο θαη πνιιψλ πνιπκεξηθψλ πιηθψλ πνπ πξννξίδνληαη γηα ρξήζε

κήηξαο, ην απνηέιεζκα ήηαλ λα κεησζεί ην θφζηνο απηψλ ηνλ πιηθψλ θαη λα γίλνπλ

ειθπζηηθφηεξα γηα ρξήζε ζε πεξηζζφηεξεο θαη επξχηεξεο εθαξκνγέο.

ηα CFRP πιηθά ε επηινγή ηεο κήηξαο έρεη ζνβαξή επίδξαζε ζηηο ηδηφηεηεο

ηνπ ηειηθνχ πξντφληνο. Οη επνμεηδηθέο ξεηίλεο είλαη ην ζπλεζέζηεξν κεηξηθφ πιηθφ

πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζε ηέηνηνπ είδνπο ζχλζεηα πιηθά, ελψ ρξεζηκνπνηνχληαη θαη

άιιεο ξεηίλεο φπσο είλαη νη πνιπεζηεξηθέο ή νη πνιπηκηδηθέο. Δπίζεο, πέξαλ ησλ

πνιπκεξψλ, κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζνχλ επίζεο κεηαιιηθέο θαη θεξακηθέο κήηξεο ή

αθφκα θαη κήηξεο απφ γπαιί, ελψ ππάξρνπλ θαη νη κήηξεο απφ άλζξαθα, νη νπνίεο

είλαη κηα πνιχ ζεκαληηθή ππνθαηεγνξία ησλ θεξακηθψλ κεηξψλ.

Αλάινγα κε ηελ ηειηθή εθαξκνγή γηα ηελ νπνία πξννξίδεηαη ην ζχλζεην κε

ίλεο άλζξαθα, ππάξρεη κηα πνηθηιία απφ ηξφπνπο παξαζθεπήο ηνπ πιηθνχ. Μηα

ζπλεζηζκέλε κέζνδνο παξαζθεπήο, είλαη ε ελαπφζεζε ζηξψζεσλ πθάζκαηνο απφ ίλεο

άλζξαθα, κέζα ζε έλα θαινχπη, ην νπνίν έρεη ην ζρήκα ηνπ ηειηθνχ πξντφληνο θαη

θαηφπηλ ν εκπνηηζκφο ηνπο απφ επνμεηδηθή ξεηίλε, ε νπνία πνιπκεξίδεηαη

ζεξκαίλνληαο ην ζχζηεκα ζε ζπγθεθξηκέλε ζεξκνθξαζία ή ζε ζπλζήθεο

πεξηβάιινληνο. Η επζπγξάκκηζε ή ην πιέμηκν ησλ ζηξψζεσλ ηνπ πθάζκαηνο είλαη

κηα επηινγή ε νπνία πξνζδίδεη βειηησκέλε αληνρή ή δπζθακςία ζην ηειηθφ πιηθφ.

πλήζσο κε κηα ηέηνηα δηαδηθαζία θαηαζθεπάδνληαη κέξε θαηαζθεπψλ απφ ηα νπνία

ε “πςειή απφδνζε” δελ είλαη ην θχξην δεηνχκελν, κηαο ππάξρεη ε πηζαλφηεηα

παξακνλήο ζην εζσηεξηθφ ηνπ πιηθνχ, αθαζαξζηψλ ή θπζαιίδσλ αέξα, νη νπνίεο

κπνξεί λα απνηειέζνπλ ζεκεία ζπγθέληξσζεο ηάζεσλ, κε ζεκαληηθέο επηπηψζεηο

θπξίσο ζηελ αληνρή ηνπ ζπλζέηνπ. Γηα ηελ θαηαζθεπή πξντφλησλ πνπ είλαη

πεξηζζφηεξν απαηηεηηθά απφ ην ζχλζεην πιηθφ, ε κέζνδνο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη

πεξηιακβάλεη θαη ηε ρξήζε θελνχ, ή αθφκα θαη απηφθιεηζηνπ θνχξλνπ, φπνπ

εθαξκφδνληαη ηαπηφρξνλα ζην θαινχπη θαη ζην ππφ πνιπκεξηζκφ ζχλζεην, ζπλζήθεο


32

πίεζεο θελνχ θαη ζεξκνθξαζίαο, βάζεη κηαο ραξαθηεξηζηηθήο, γηα ην πιηθφ, θακπχιεο

κνξθνπνίεζεο. [2,10]


Οη ηδηφηεηεο ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ κε ίλεο άλζξαθα εμαξηψληαη απφ κηα ζεηξά

παξακέηξσλ φπσο ην είδνο ηνπ πνιπκεξηθνχ πιηθνχ ή ησλ ηλψλ, ην πιήζνο ησλ ηλψλ,

ηελ θαηεχζπλζή ηνπο, ηε κέζνδν θαηαζθεπήο, ηε ζεξκνθξαζία πνιπκεξηζκνχ θ.α..

ηνλ Πίλαθα 2.2 θαίλνληαη θάπνηεο ελδεηθηηθέο ηηκέο ησλ ηδηνηήησλ ησλ CFRP

ζπλζέησλ.

Πίλαθαο 2.2 Υαξαθηεξηζηηθέο ηηκέο θπζηθψλ θαη κεραληθψλ ηδηνηήησλ ησλ CFRPs.

Ππθλόηεηα κάδαο 1.4-1.45 (gr/cm3)

Αληνρή ζε θάκςε 210-250 (MPa)

Αληνρή ζε εθειθπζκό 260-330 (MPa)

Αληνρή ζε δηαζηξσκαηηθή δηάηκεζε 9-12 (MPa)

Ηιεθηξηθή αληίζηαζε, παξάιιεια ζηε

δηεύζπλζε ησλ ηλώλ ( ζηνπο 20 oC)

25-30 ohms

Παξαθάησ ζα αλαθεξζνχλ ζπλνπηηθά κεξηθέο απφ ηηο ηδηφηεηεο πνπ

θαζηζηνχλ ηα ζχλζεηα πιηθά πνιπκεξηθήο κήηξαο εληζρπκέλα κε ίλεο άλζξαθα,

ηδαληθά γηα ηδηαίηεξα πξνεγκέλεο θαη απαηηεηηθέο εθαξκνγέο:

Τςειή αληνρή ζηε δηεχζπλζε παξάιιεια ησλ ηλψλ,

Οπδέηεξε ζπκπεξηθνξά ζε εξππζκφ ζε ζεξκνθξαζίεο σο ηνπο 2000 oC,

Τςειή αληνρή ζε δηαζηξσκαηηθή δηάηκεζε,

Υακειή ζεξκηθή αγσγηκφηεηα ζηε δηεχζπλζε εγθάξζηα ησλ ηλψλ,


33

Υακειή ππθλφηεηα κάδαο,

Τςειή αλζεθηηθφηεηα ζηε δηάβξσζε θαη ζην ζεξκηθφ ζνθ,

Τςειή ζηαζεξφηεηα ζε ζεξκνθξαζίεο πνπ ππεξβαίλνπλ ηνπο 2000 oC,

Υακειφο δείθηεο ζεξκηθήο δηαζηνιήο,

Όπσο έρεη ήδε αλαθεξζεί παξαπάλσ ηα CFRP πιηθά ζεσξνχληαη σο ζχλζεηα

πιηθά πςειήο απφδνζεο θαη έλαο ηνκέαο φπνπ θπξίσο έρνπλ εθαξκνγή είλαη ε

αεξνδηαζηεκηθή. ε απηφ ηνλ ηνκέα ε ρξήζε ειαθξψλ θαηαζθεπαζηηθψλ πιηθψλ

κπνξεί λα ζεκαίλεη είηε αχμεζε ηνπ σθέιηκνπ θνξηίνπ, είηε κείσζε ηνπ θφζηνπο

ιεηηνπξγίαο ηεο εθαξκνγήο. Δπηπιένλ ν ζπληειεζηήο ζεξκηθήο δηαζηνιήο απηψλ ησλ

πιηθψλ, θαηά κήθνο ησλ ηλψλ, εμαζθαιίδεη κεγάιε ζηαζεξφηεηα ζρήκαηνο, ηδηαίηεξα

φηαλ έρνπκε λα θάλνπκε κε θαηαζθεπαζηηθά ή ιεηηνπξγηθά ζηνηρεία δηαζηεκνπινίσλ

ή δνξπθφξσλ, ηα νπνία είλαη εθηεζεηκέλα ζε πςειέο ζεξκνθξαζηαθέο κεηαβνιέο.

ηελ αεξνλαππεγηθή, ηνκέα θνληηλφ ζηελ αεξνδηαζηεκηθή, ηα ζχλζεηα πιηθά

κε ίλεο άλζξαθα έρνπλ βξεη πνιιέο εθαξκνγέο επίζεο, κε νινέλα θαη απμαλφκελε

ηάζε αληηθαηάζηαζεο δηαθφξσλ άιισλ πιηθψλ. Γηάθνξα κέξε πνιεκηθψλ θαη κε

αεξνζθαθψλ, φπσο ηα θηεξά, ην πηεξχγην, κέξε ηεο αηξάθηνπ, αιιά θαη κέξε ηνπ

εζσηεξηθνχ φπσο δάπεδα, πιαίζηα θαζηζκάησλ θ.α., θαηαζθεπάδνληαη απφ ηέηνηα

πιηθά κε ζηφρν ηελ θαιχηεξε απφδνζε ησλ αεξνζθαθψλ, κέζσ ηεο εμνηθνλφκεζεο

βάξνπο ή ηεο εμνηθνλφκεζεο ρψξνπ. Βέβαηα, φζνλ αθνξά ηε ρξήζε ησλ ζπλζέησλ ζε

ηέηνηεο εθαξκνγέο, ιφγσ ηνπ θξίζηκνπ ραξαθηήξα ηνπο, γίλεηαη κεγάιε πξνζπάζεηα

γηα ηνλ πξνζεθηηθφ ζρεδηαζκφ ηνπο, αιιά θαη ηελ ελδειερή κειέηε ηεο ζπλνιηθήο

ηνπο ζπκπεξηθνξάο, κηαο θαη ζε πεξίπησζε αζηνρίαο δηαθπβεχεηαη ε απψιεηα

αλζξψπηλσλ δσψλ.

Μηα αθφκα εθαξκνγή πνπ αλακέλεηαη ηα επφκελα ρξφληα λα πάξεη

κεγαιχηεξεο δηαζηάζεηο, είλαη ε ρξήζε ησλ CFRP ζηελ απηνθηλεηνβηνκεραλία.

ήκεξα, απηά ηα ζχλζεηα ρξεζηκνπνηνχληαη ζρεδφλ απνθιεηζηηθά ζε αγσληζηηθφ

επίπεδν θαη θπξίσο ζηελ Formula 1, αιιά θαη ζε κεκνλσκέλεο πεξηπηψζεηο αθξηβψλ

απηνθηλήησλ δξφκνπ. ε αγσληζηηθφ επίπεδν, ε αλάγθε γηα απμεκέλε αληνρή θαη


34

κηθξφηεξν βάξνο ππεξηεξνχλ θαηά πνιχ ηνπ θφζηνπο θαη ζπλεηζθέξνπλ ηα κέγηζηα

ζηελ πςειή απφδνζε ηνπ νρήκαηνο. Αληίζεηα ζηα απηνθίλεηα δξφκνπ, ηέηνηεο

αλάγθεο ππεξθαιχπηνληαη απφ ειαθξά θξάκαηα, θαζηζηψληαο κέρξη ζηηγκήο ηε

ρξήζε ησλ CFRP αζχκθνξε νηθνλνκηθά.

Μηα άιιε ζεκαληηθή εθαξκνγή ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ κε ίλεο άλζξαθα είλαη

ζην θαηαζθεπαζηηθφ-νηθνδνκηθφ ηνκέα. ε ήδε ππάξρνπζεο θαηαζθεπέο, φπσο

γέθπξεο, νη νπνίεο είραλ θαηαζθεπαζηεί κε ρακειφηεξεο πξνδηαγξαθέο απφ ηηο

ζεκεξηλέο ή θαηαζθεπέο πνπ έρνπλ ππνζηεί δεκηέο, είλαη δπλαηφ λα επέκβεη ν

θαηαζθεπαζηήο θαη λα ηηο εληζρχζεη. Σν νπιηζκέλν ζθπξφδεκα πνπ ρξεηάδεηαη λα

εληζρπζεί, ηπιίγεηαη ή θαιχπηεηαη κε πθάζκαηα απφ ίλεο άλζξαθα, ηα νπνία κεηά κε

ηε ζεηξά ηνπο εκπνηίδνληαη κε ξεηίλε, κε απνηέιεζκα κεηά ην πέξαο ηνπ

πνιπκεξηζκνχ λα έρεη ζρεκαηηζηεί έλαο “καλδχαο” ζηελ πεξηνρή πνπ ζέινπκε λα

βειηηψζνπκε ή λα δηνξζψζνπκε (Δηθφλα 2.6). Απηή ε ηερληθή έρεη ζνβαξφ αληίθηππν

ζηελ αληνρή ηεο θαηαζθεπήο ζε θάκςε, ε νπνία κεξηθέο θνξέο απμάλεη ζε πνζνζηφ

100%, ελψ έσο 10% δχλαηαη λα απμεζεί θαη ε δπζθακςία ηεο πεξηνρήο απηήο. Δπίζεο

κπνξεί λα βειηησζεί αξθεηά θαη ε αληνρή ζε δηάηκεζε, γεγνλφο ζεκαληηθφ γηα

θαηαζθεπέο πνπ βξίζθνληαη ζε ηδηαίηεξα ζεηζκνγελείο πεξηνρέο.

Δπηπιένλ, εθαξκνγέο ησλ CFRP πιηθψλ κπνξνχλ λα εληνπηζηνχλ ζε αζιεηηθά

είδε φπσο ξαθέηεο, πνδήιαηα ή πέδηια ζθη, ζηελ ηαηξηθή ζαλ κέξε πξνζζεηηθψλ

κειψλ ηνπ αλζξψπηλνπ ζψκαηνο, ζε ειεθηξηθέο ζπζθεπέο ήρνπ, φπσο ερεία ή πηθ απ,

ζαλ επηθάιπςε επηθαλεηψλ, φπνπ δεηνχκελν είλαη ε αληίζηαζε ζηελ αλάπηπμε

θσηηάο ή ζεξκφηεηαο, θαζψο θαη ζε άιιεο εθαξκνγέο. [2,10,11]


35

Εηθόλα 2.6 Δθαξκνγή GFRP ζπλζέηνπ ζαλ πξνζηαηεπηηθνχ "καλδχα", ζηελ επηδηφξζσζε ππιψλα

γέθπξαο.


Γπαιηνύ

2.5.1 Γεληθά

Σα ζχλζεηα πιηθά πνιπκεξηθήο κήηξαο εληζρπκέλα κε ίλεο γπαιηνχ (GFRP)

μεθίλεζαλ λα εμειίζζνληαη πεξίπνπ ζηα κέζα ηεο δεθαεηίαο ηνπ ‟30 θαη γξήγνξα

έγηλαλ έλα πξντφλ ζηαζεξήο δήηεζεο, ηδηαίηεξα ζηνλ θαηαζθεπαζηηθφ θαη

αξρηηεθηνληθφ ηνκέα, ελψ κεξηθέο δεθαεηίεο αξγφηεξα θαη πην ζπγθεθξηκέλα ζηα ηέιε

απηήο ησλ ‟60, ηα GFRP μεθίλεζαλ λα ρξεζηκνπνηνχληαη θαη ζε άιιεο θαηεγνξίεο,

αμηνπνηψληαο έηζη ηηο πνιιέο ηνπο θαη ελδηαθέξνπζεο ηδηφηεηεο.

Ο ηχπνο ησλ πνιπκεξψλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηε θαηαζθεπή ησλ ζπλζέησλ

κε ελίζρπζε ηλψλ γπαιηνχ, κπνξεί λα είλαη είηε ζεξκνπιαζηηθά, είηε


36

ζεξκνζθιεξπλφκελα, κε ηα δεχηεξα λα επηθξαηνχλ ησλ πξψησλ, έρνληαο σο

θπξηφηεξνπο εθπξνζψπνπο ηηο πνιπεζηεξηθέο, ηηο βηλπιεζηεξηθέο ή ηηο επνμεηδηθέο

ξεηίλεο, αλάινγα κε ηηο απαηηήζεηο ηεο εθαξκνγήο θαη ην ηειηθφ θφζηνο πνπ επηζπκεί

λα έρεη ν θαηαζθεπαζηήο.

Σα ζχλζεηα πιηθά απηήο ηεο θαηεγνξίαο θαηαζθεπάδνληαη κε ηελ εκπέδσζε

πθάζκαηνο πιεγκέλνπ κε ίλεο γπαιηνχ ή πθάζκαηνο απφ πεπηεζκέλεο ίλεο κεηαμχ

ηνπο. Οη θαιχηεξεο ηδηφηεηεο ησλ δχν ζπζηαηηθψλ ζπλδπάδνληαη, θάλνληαο απηφ ην

πιηθφ άθακπην, κε ηε ξεηίλε λα ην θαζηζηά ηδηαίηεξα ζηεγαλφ. Μεξηθέο ζπλεζηζκέλεο

κέζνδνη παξαγσγήο είλαη ε επίζηξσζε κε ρέξη ηνπ πνιπκεξνχο πάλσ ζηηο ίλεο

γπαιηνχ, ε επίζηξσζε κε ςεθαζκφ πάλσ ζηηο ίλεο ή ε παξαγσγή ζπλερψλ ζηνηρείσλ

κε επζχγξακκε δηέιαζε θαη εμέιαζε.

ηνλ Πίλαθα 2.3 θαίλνληαη νη ηηκέο ηδηνηήησλ ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ κε ίλεο

γπαιηνχ ζε δηαθνξεηηθέο πεξηεθηηθφηεηεο, ζε ζρέζε κε αληίζηνηρεο ηδηφηεηεο θάπνησλ

άιισλ πιηθψλ, δηαθνξεηηθνχ είδνπο, ηα νπνία θαη έρνπλ αληηθαηαζηήζεη ζε κηα ζεηξά

εθαξκνγψλ. ηελ ηειεπηαία ζηήιε δεμηά παξαηίζεληαη νη ηηκέο ηεο εηδηθήο αληνρήο

φισλ ησλ πιηθψλ θαη κπνξεί εχθνια θάπνηνο λα θαηαιάβεη ην γηαηί ηα GFRP έρνπλ

ππνζθειίζεη ηα ππφινηπα πιηθά πνπ δηαθαίλνληαη ζηνλ Πίλαθα ζηηο ίδηεο εθαξκνγέο.

Πίλαθαο 2.3 χγθξηζε ηηκψλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ GFRP πιηθψλ ζε ζρέζε κε άιια πιηθά πνπ

ρξεζηκνπνηνχληαη ζε αληίζηνηρεο εθαξκνγέο.

[2,12,13]


37


Έλαο ηνκέαο φπνπ βξίζθνπλ επξχηαηε εθαξκνγή ηα πνιπκεξηθά ζχλζεηα

πιηθά κε ελίζρπζε ηλψλ γπαιηνχ, είλαη απηφο ηεο λαππεγηθήο. Σα παξαδνζηαθά πιηθά

έρνπλ αληηθαηαζηαζεί πιήξσο απφ ηα GFRP, θπξίσο γηα ηε ρακειή ηνπο ππθλφηεηα,

ηε κεγάιε ηνπο αληνρή ζηε δηάβξσζε, εηδηθά ζην ζαιαζζηλφ λεξφ θαη ηελ επθνιία

ζηελ παξαγσγή ηνπο, αθφκα θαη νιφθιεξνπ ηνπ θειχθνπο ελφο ζθάθνπο κε ρχηεπζε

ζε εηδηθά θαινχπηα. Δπηπιένλ, ην γεγνλφο φηη ζαλ πιηθφ έρεη πςειή αληνρή θαη είλαη

αξθεηά ειαθξχ, ελψ ζχκθσλα κε έξεπλεο δηαηεξεί ηηο ηδηφηεηέο ηνπ ζε βάζνο ρξφλνπ,

αθφκα θαη κεηά απφ 30 ρξφληα, είλαη κεξηθέο παξάκεηξνη πνπ ην θάλνπλ ηδαληθφ γηα

ηέηνηεο εθαξκνγέο.

Η αληνρή ζε δηάβξσζε θαη ην κηθξφ βάξνο ησλ GFRP είλαη δχν ηδηφηεηεο πνπ

νδήγεζαλ ζηελ επξεία ρξήζε απηψλ ησλ ζπλζέησλ θαη ζηνλ ηνκέα ησλ νηθνδνκηθψλ

θαηαζθεπψλ, κηαο θαη θαζηζηνχλ ηε κεηαθνξά θαη ζπλαξκνιφγεζή ηνπο ζηνλ ηφπν

θαηαζθεπήο, αξθεηά εχθνιε θαη νηθνλνκηθή. Μεγάιεο πνζφηεηεο GFRP πιηθψλ

ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ θαηαζθεπή νξφθσλ θαη ζφισλ ζε κεγάια νηθνδνκηθά

ζπγθξνηήκαηα, φπσο είλαη ηα ζηάδηα, ηα νπνία ιφγσ ηνπ κηθξνχ ηνπο βάξνπο, έρνπλ

ζαλ απνηέιεζκα ηελ νηθνλνκία ζην ζρεδηαζκφ θαη ηελ θαηαζθεπή ησλ ζηνηρείσλ

ππνζηήξημήο ηνπο. ε ηέηνηνπ είδνπο θαηαζθεπέο ηα ζχλζεηα πιηθά κε ίλεο γπαιηνχ

θεξδίδνπλ επηπξφζζεηνπο πφληνπο, εμαηηίαο ηνπ ρακεινχ θφζηνπο ζπληήξεζήο ηνπο,

αιιά θαη ηεο αξρηηεθηνληθήο πνπ κπνξεί ν ζρεδηαζηήο εχθνια λα ηνπο πξνζδψζεη.

Σα GFRP πιηθά έρνπλ ηελ ηηκεηηθή ηνπο θαη ζηελ απηνθηλεηνβηνκεραλία.

Υξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ θαηαζθεπή εληζρπκέλσλ πιαηζίσλ, ζε κηθξή φκσο

θιίκαθα πξνο ην παξφλ, φπσο θαη ζηελ θαηαζθεπή αγσληζηηθψλ απηνθηλήησλ, φπνπ

νη θαηαζθεπαζηέο, πέξαλ απφ ην ρακειφ ηνπο βάξνπο, εθκεηαιιεχνληαη ηηο

παξακέηξνπο ησλ εμαηξεηηθψλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ ηνπο, αιιά θαη ηελ κεγάιε

επειημία πνπ πξνζθέξνπλ ζην ζρεδηαζκφ ηνπο. ηνλ ίδην ηνκέα, ηα GFRP

ρξεζηκνπνηνχληαη ζηελ θαηαζθεπή θακπίλσλ ζε θνξηεγά νρήκαηα, ζε

πξνθπιαθηήξεο θαη ζε πνιιά αθφκα εμαξηήκαηα ηεο απηνθηλεηνβηνκεραλίαο.

Οη ίλεο γπαιηνχ παξάγνληαη ζε δηάθνξνπο ηχπνπο, έλαο εθ ησλ νπνίσλ είλαη ν

ηχπνο E-Glass, φπνπ ην πξφζεκα Δ αλαθέξεηαη ζηνλ φξν ¨electrical¨. Απηφο ν ηχπνο


38

γπαιηνχ έρεη θαηαζθεπαζηεί ζπγθεθξηκέλα γηα ειεθηξηθέο εθαξκνγέο θαη εηδηθά εθεί

πνπ ρξεηάδεηαη ειεθηξηθή κφλσζε. Έηζη, φηαλ νη ίλεο E-Glass ελζσκαησζνχλ ζηελ

πιαζηηθή κήηξα, κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα θαηαζθεπή ειεθηξηθψλ

εμαξηεκάησλ ηα νπνία είλαη ειεθηξηθά κνλσκέλα, φπσο ειεθηξηθνί δηαθφπηεο,

ειεθηξηθνί δηαλνκείο, ππνδνρείο ειεθηξηθψλ ιακπηήξσλ, θαη άιια.

Σα GFRP ζχλζεηα ρξεζηκνπνηνχληαη εθηελέζηαηα θαη ζηελ θαηαζθεπή

δεμακελψλ θαη ζσιήλσλ γηα βηνκεραληθνχο ζθνπνχο, ιφγσ ηνπ ρακεινχ ηνπο εηδηθνχ

βάξνπο, αιιά θαη ηεο εμαηξεηηθήο ηνπο αληίζηαζεο ζε δηάβξσζε. Υαξαθηεξηζηηθέο

εθαξκνγέο ζε απηή ηελ θαηεγνξία είλαη ε θαηαζθεπή δεμακελψλ θαη αλαξξνθεηήξσλ

γηα ηελ απνζήθεπζε ηνμηθψλ ρεκηθψλ νπζηψλ, ζσιήλσλ γηα ηε κεηαθνξά λεξνχ θαη

απνρεηεπηηθψλ ιπκάησλ, δεμακελέο απνζήθεπζεο λεξνχ, αιιά θαη θαηαζθεπή

εηδηθψλ εγθαηαζηάζεσλ γηα ηελ παξαγσγή ρεκηθψλ νπζηψλ. [2,12,13]

Κεθάιαην 3 – Θεσξίεο Κξνχζεο, Κάκςεο & Ηιεθηξνληθήο Μηθξνζθνπίαο άξσζεο (S.E.M.)

39

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

ΘΔΧΡΙΔ ΚΡΟΤΗ, ΚΑΜΦΗ &

ΗΛΔΚΣΡΟΝΙΚΗ ΜΙΚΡΟΚΟΠΙΑ ΑΡΧΗ

(S.E.M.)

3.1 Θεσξία Κξνύζεο

3.1.1 Γεληθά

Ο φξνο θξνχζε, ζπρλά ζπγρέεηαη απφ έλαλ θαζεκεξηλφ άλζξσπν κε ηνλ φξν

ζχγθξνπζε θαη ζπλήζσο ην πξψην πξάγκα πνπ πηζαλφηαηα λα ηνπ έξρεηαη ζην κπαιφ,

είλαη θάπνην απηνθηλεηηζηηθφ αηχρεκα. Ο φξνο θξνχζε πεξηγξάθεη κηα ηέηνηα

θαηάζηαζε, αιιά είλαη επξχηεξνο θαη πεξηγξάθεη θαη άιια γεγνλφηα φπσο είλαη ε

ζχγθξνπζε ησλ ζθαηξψλ ηνπ κπηιηάξδνπ, ε ζχγθξνπζε ησλ λεηξνλίσλ κέζα ζε έλαλ

ππξεληθφ αληηδξαζηήξα, ε ζθαίξα ηνπ κπφνπιηλγθ πνπ ζπγθξνχεηαη κε ηηο θνξχλεο,

φπσο βέβαηα θαη αθφκα άιιεο πεξηπηψζεηο.

Η θξνχζε είλαη έλα θπζηθφ θαηλφκελν πνπ αλαθέξεηαη ζηε ζηηγκηαία επαθή

δχν ζσκάησλ. Με ηνλ φξν θξνχζε πεξηγξάθνπκε ηελ άζθεζε δπλάκεσλ κεηαμχ ησλ

δχν πξναλαθεξζέλησλ ζσκάησλ, γηα πνιχ κηθξφ ρξνληθφ δηάζηεκα. Αλ θαηά ηε

δηάξθεηα ηεο θξνχζεο, νη δπλάκεηο αιιειεπίδξαζεο αλάκεζα ζηα δχν ζψκαηα είλαη

ζπληεξεηηθέο, ε νιηθή θηλεηηθή ελέξγεηα ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη ε ίδηα πξηλ θαη κεηά

ηελ θξνχζε. Μηα ηέηνηα θξνχζε νλνκάδεηαη “ειαζηηθή θξνχζε”. ε κηα ηέηνηα

θξνχζε, ηα ζψκαηα πνπ ζπγθξνχνληαη, αιιειεπηδξνχλ ζηηγκηαία θαη αθνχ

αιιειεπηδξάζνπλ, απνκαθξχλνληαη ην έλα απφ ην άιιν. ηε πεξίπησζε πνπ ε νιηθή


40

θηλεηηθή ελέξγεηα κεηά ηελ θξνχζε είλαη κηθξφηεξε απφ φηη πξηλ, ε θξνχζε

νλνκάδεηαη “κε ειαζηηθή θξνχζε”. ε έλα ηέηνην είδνο κε ειαζηηθήο θξνχζεο, φηαλ

ηα ζπγθξνπφκελα ζψκαηα ζπζζσκαηψλνληαη θαη θηλνχληαη σο έλα ζψκα κεηά ηελ

θξνχζε, απηή νλνκάδεηαη “πιαζηηθή” ή “πιήξσο αλειαζηηθή θξνχζε.” ηελ Δηθφλα

3.1 θαίλεηαη κηα ζρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ησλ παξαπάλσ αλαθεξζέλησλ θξνχζεσλ.

Εηθόλα 3.1 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηεο ειαζηηθήο θξνχζεο (αξηζηεξά) & ηεο πιήξσο αλειαζηηθήο

θξνχζεο (δεμηά).

Οη δνθηκέο θξνχζεο ζηα πιηθά είλαη πνιχ ζεκαληηθέο, κηαο θαη έρνπλ ζα

ζθνπφ λα δηεξεπλήζνπλ ηε θχζε θαη ηελ επίδξαζε ζηε ζπκπεξηθνξάο ησλ πιηθψλ,

θαηαζηάζεσλ αθαξηαίαο θφξηηζεο, αιιά θαη ην κεραληζκφ απνξξφθεζεο ηεο

πξνζθεξφκελεο ελέξγεηαο απφ ην πιηθφ θαη πσο απηή επεξεάδεη ελ γέλεη ηελ

θαηάζηαζή ηνπ θαη ηε ζπκπεξηθνξά ηνπ, κεηά ην πέξαο ηεο θξνχζεο.

Οη δνθηκέο θξνχζεο κπνξνχλ λα ρσξηζηνχλ ζε δχν θαηεγνξίεο.

Απηέο είλαη νη θξνχζεηο ρακειήο ελέξγεηαο (low-velocity ή low-energy) θαη νη

θξνχζεηο πςειήο ελέξγεηαο (high-velocity ή high-energy). Αλ θαη ζηε δηεζλή

βηβιηνγξαθία ππάξρνπλ δηαθσλίεο σο πξνο ηνλ ζαθή πξνζδηνξηζκφ ηεο θξνχζεο σο

ρακειήο ελέξγεηαο ή πςειήο, ζηελ πιεηνςεθία ησλ πεξηζηάζεσλ ππάξρεη ε ηάζε λα

ραξαθηεξίδεηαη σο θξνχζε ρακειήο ελέξγεηαο ε δνθηκή θαηά ηελ νπνία ε ελέξγεηα

πνπ δέρεηαη ην ππφ θξνχζε δνθίκην, είλαη κηθξφηεξε ή ίζε ησλ 10 Joule, ελψ ζε


41

αληίζεηε πεξίπησζε, φηαλ ε ελέξγεηα θξνχζεο μεπεξλά ηα 10 Joule, ηφηε ε δνθηκή

ραξαθηεξίδεηαη σο θξνχζε πςειήο ελέξγεηαο.

Όπσο αλαθέξζεθε θαη ζηνλ πξφινγν απηήο ηεο εξγαζίαο, νη ρακειήο

ελέξγεηαο θξνπζηηθέο θαηαπνλήζεηο δελ πξνθαινχλ ζηα πιηθά θαη εηδηθά ζηα

ζχλζεηα, θάπνηα βιάβε εκθαλή δηα γπκλνχ νθζαικνχ, αιιά είλαη δπλαηφλ λα

πξνθαιέζνπλ δξαζηηθή ππνβάζκηζε ησλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ ελφο πιηθνχ θαη

νπζηαζηηθά λα νδεγήζνπλ ζηελ πξφσξε θαη αλαπάληερε αζηνρία ηνπ. Έηζη,

ζπγθεληξψλνπλ κεγάιν εξεπλεηηθφ ελδηαθέξνλ θαη εηδηθά αθνχ κε κηα θξνχζε δελ

επέξρεηαη άκεζε αζηνρία ηνπ πιηθνχ, έλα κεγάιν κέξνο ηεο έξεπλαο ζε απηφ ην πεδίν

αζρνιείηαη κε ηελ εθηίκεζε θαη πξφβιεςε ησλ ελαπνκελνπζψλ ηδηνηήησλ κεηά απφ

ηελ θξνχζε. [14-15]

3.1.2 Πεηξακαηηθέο δηαηάμεηο θξνύζεο

Γηα ηε δηεμαγσγή ησλ πεηξακάησλ θξνχζεο ππάξρνπλ δχν εηδψλ πεηξακαηηθέο

δηαηάμεηο. Απηέο είλαη νη δηαηάμεηο εθθξεκνχο (pendulum testers) θαη νη δηαηάμεηο

πξνζπίπηνληνο ζψκαηνο (drop-weight testers). Σηο δηαηάμεηο εθθξεκνχο

ρξεζηκνπνηνχλ ηα θιαζζηθά πεηξάκαηα θξνχζεο Izod θαη Charpy, ηα νπνία καο

δίλνπλ ρξήζηκεο πιεξνθνξίεο γηα ηελ αλζεθηηθφηεηα ησλ ηζφηξνπσλ πιηθψλ – θπξίσο

ησλ κεηάιισλ – ζηε δηάδνζε ησλ ξσγκψλ θαηά ηελ θξνχζε, αιιά θαη γηα ηελ

επίδξαζε ησλ εγθνπψλ θαη άιισλ ραξαθηεξηζηηθψλ αηειεηψλ ζηελ ζπκπεξηθνξά ηνπ

πιηθνχ. Δμαηηίαο φκσο ηεο πνιππινθφηεηαο ησλ κεραληζκψλ αζηνρίαο, ε

ρξεζηκνπνίεζε ησλ παξαπάλσ ηερληθψλ θξνχζεο ζηα ζχλζεηα πιηθά είλαη

πεξηνξηζκέλε, θαζψο δε δίλνπλ θακία πιεξνθνξία γηα ηηο ελαπνκέλνπζεο κεραληθέο

ηδηφηεηεο ησλ πιηθψλ κεηά ηελ θξνχζε. Έηζη, ζε ηέηνηεο πεξηπηψζεηο ηα πεξηζζφηεξα

πεηξάκαηα θξνχζεο γίλνληαη κε ηε βνήζεηα ησλ πεηξακαηηθψλ δηαηάμεσλ

πξνζπίπηνληνο ζψκαηνο. Γχν βαζηθέο δηαηάμεηο απηήο ηεο θαηεγνξίαο είλαη ε

δηάηαμε ειεχζεξεο πηψζεο βάξνπο θαη ην ζχζηεκα βαιιηζηηθήο θξνχζεο.

ηα πεηξάκαηα θξνχζεο Izod θαη Charpy, ε θξνχζε πξαγκαηνπνηείηαη φηαλ

ην θξνπζηηθφ ζψκα ζπγθεθξηκέλνπ βάξνπο, ην νπνίν είλαη ηνπνζεηεκέλν ζηελ

θνξπθή ελφο εθθξεκνχο, απειεπζεξψλεηαη λα πέζεη απφ ζπγθεθξηκέλν χςνο (h),


42

δηαγξάθνληαο ηξνρηά ηφμνπ. Καζψο πέθηεη ην εθθξεκέο θαη πξνζεγγίδεη ην ππφ

θξνχζε δνθίκην, ε δπλακηθή ηνπ ελέξγεηα κεηαηξέπεηαη ζε θηλεηηθή, ε νπνία παίξλεη

κέγηζηε ηηκή, ηε ζηηγκή πνπ ε απφζηαζε ηνπ δνθηκίνπ κε ην θξνπζηηθφ ζψκα είλαη ε

ειάρηζηε δπλαηή. Απηή ε ελέξγεηα, πεξηγξάθεηαη θαη ζαλ ελέξγεηα θξνχζεο (impact

energy). Αθνχ ην θξνπζηηθφ ζψκα έξζεη ζε επαθή κε ην δνθίκην θαη αθφηνπ επέιζεη

αζηνρία ηνπ δνθηκίνπ, ην εθθξεκέο ζπλερίδεη ηελ ηξνρηά ηνπ έσο έλα λέν χςνο (h΄),

κηθξφηεξν ηνπ αξρηθνχ. Η δηαθνξά ηεο αξρηθήο θαη ηειηθήο δπλακηθήο ελέξγεηαο ηνπ

εθθξεκνχο, είλαη ε ελέξγεηα πνπ απνξξφθεζε ην δνθίκην θαηά ηελ θξνχζε.

Σα πεηξάκαηα θξνχζεο Izod θαη Charpy, αλ θαη είλαη ίδηαο θηινζνθίαο θαη

κνηξάδνληαη πνιιά θνηλά ραξαθηεξηζηηθά θαηά ηελ εθηέιεζή ηνπο, έρνπλ επίζεο θαη

κεξηθέο βαζηθέο δηαθνξέο κεηαμχ ηνπο. ηε ηερληθή Izod, ην ππφ θξνχζε δνθίκην

ηνπνζεηείηαη ζε θαηαθφξπθε ζέζε, ελψ ζηελ ηερληθή Charpy ηνπνζεηείηαη νξηδφληηα.

Η εγθνπή ζηε δνθηκή Izod είλαη ζηελ πιεπξά ηνπ δνθηκίνπ, ε νπνία έξρεηαη ζε επαθή

κε ην θξνπζηηθφ ζψκα, ελψ ζηε δνθηκή Charpy, είλαη απφ ηελ αληίζεηε πιεπξά.

Σέινο, ζηελ ηερληθή Charpy ππάξρνπλ δχν είδε εγθνπψλ, νη νπνίεο έρνπλ “V” θαη

“U” ζρήκαηα, ηε ζηηγκή πνπ ζηελ ηερληθή Izod, ππάξρεη κφλν έλα είδνο εγθνπήο.

ηελ Δηθφλα 3.2 θαίλεηαη κηα ζρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ησλ δηαηάμεσλ θξνχζεο

εθθξεκνχο Izod θαη Charpy.


43

Εηθόλα 3.2 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε δνθηκψλ θξνχζεο (a) Izod θαη (b) Charpy.

Οη πην ζπλεζηζκέλεο πεηξακαηηθέο δηαηάμεηο θξνχζεο ζηα ζχλζεηα πιηθά,

φπσο αλαθέξζεθε θαη παξαπάλσ, είλαη νη δηαηάμεηο πξνζπίπηνληνο ζψκαηνο. Με ηε

δηάηαμε ηεο ειεχζεξεο πηψζεο ζψκαηνο (falling dart impact system) γίλεηαη

εμνκνίσζε κηαο θξνπζηηθήο θαηαπφλεζεο ρακειήο ελέξγεηαο, ζηελ νπνία ε κάδα ηνπ

θξνπζηηθνχ ζψκαηνο είλαη αξθεηά κεγάιε, ελψ ε ηαρχηεηα θξνχζεο είλαη αξθεηά

ρακειή. ε απηή ηελ πεξίπησζε ην θξνπζηηθφ ζψκα πέθηεη θάζεηα ζην ππφ θξνχζε

δνθίκην. ηελ πιεηνςεθία ησλ πεξηπηψζεσλ ρξεζηκνπνηνχληαη νδεγνί ή ξάγεο γηα λα

θαηεπζχλνπλ ζσζηά ην πξνζπίπηνλ ζψκα, λα θαηαπνλήζεη θξνπζηηθά ην δνθίκην ζην

επηζπκεηφ ζεκείν, ην νπνίν εληνπίδεηαη ζπλήζσο ζην θέληξν ηνπ. Σν θξνπζηηθφ

ζψκα αθήλεηαη λα πέζεη απφ πξνθαζνξηζκέλν χςνο θαη πξνζθξνχεη θαηαθφξπθα ζην

δνθίκην κε ζπγθεθξηκέλε ηαρχηεηα, ε νπνία αλαθέξεηαη σο ηαρχηεηα θξνχζεο. Δάλ ε

ελέξγεηα θξνχζεο, δειαδή ε ελέξγεηα πνπ αληηζηνηρεί ζηελ ηαρχηεηα θξνχζεο, δελ

ππεξβαίλεη ηελ ηηκή ηεο ελέξγεηαο πνπ απαηηείηαη γηα λα αζηνρήζεη ή λα ζπάζεη ην

δνθίκην, ηφηε δίλεηαη ε επθαηξία θαη ε δπλαηφηεηα λα κειεηεζνχλ νη ελαπνκέλνπζεο

κεραληθέο ηδηφηεηεο ηνπ πιηθνχ, κεηά ηελ θξνχζε. Με απηνχ ηνπ είδνπο ηελ θξνχζε

κπνξεί λα εμνκνησζεί ε θξνπζηηθή θαηαπφλεζε κηαο επηθάλεηαο πάλσ ζηελ νπνία

πέθηεη έλα αληηθείκελν ή έλα εξγαιείν.


44

ε δηαηάμεηο ειεχζεξεο πηψζεο ζψκαηνο είλαη δπλαηφ λα ειέγρεηαη ε ελέξγεηα

θξνχζεο κέζσ ηεο κάδαο ή ηνπ χςνπο πηψζεο ηνπ ζψκαηνο, νη ζπλνξηαθέο ζπλζήθεο

πνπ επηβάιινληαη ζην ππφ δνθηκή πιηθφ αιιά θαη λα κεηξάηαη έλα πιήζνο

παξακέηξσλ κεηαμχ ησλ νπνίσλ ε ηαρχηεηα πξφζθξνπζεο, ε ηαρχηεηα αλαπήδεζεο

θαη ε δχλακε επαθήο κεηαμχ ησλ δχν ζσκάησλ. Απηέο νη δηαηάμεηο είλαη

εθνδηαζκέλεο επίζεο απφ κηα ζεηξά αηζζεηήξησλ νξγάλσλ, ηα νπνία επηηξέπνπλ ζην

ρεηξηζηή λα θαηαγξάθεη θάπνηα απφ ηα πξναλαθεξζέληα κεγέζε, φπσο επίζεο λα

ειέγρεη ηελ θίλεζε ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο κεηά ην πέξαο ηεο θαηαπφλεζεο, έηζη

ψζηε λα κελ ππάξμεη αλαπήδεζή ηνπ πάλσ ζην δνθίκην, γεγνλφο πνπ κπνξεί λα

πξνθαιέζεη αλεπηζχκεηεο θνξηίζεηο ζην πιηθφ. ηελ Δηθφλα 3.3 απεηθνλίδεηαη κηα

πεηξακαηηθή δηάηαμε θξνχζεο ειεχζεξεο πηψζεο ζψκαηνο.

Εηθόλα 3.3 Πεηξακαηηθή δηάηαμε ειεχζεξεο πηψζεο ζψκαηνο, ζπλδεδεκέλε κε ηα αηζζεηήξηα φξγαλα

πνπ ηε ζπλνδεχνπλ.


45

ηελ θαηεγνξία ησλ πεηξακαηηθψλ δηαηάμεσλ θξνχζεο πξνζπίπηνληνο

ζψκαηνο, αλήθεη επίζεο θαη ην ζχζηεκα ηεο βαιιηζηηθήο θξνχζεο (air gun impact

system), φπνπ γίλεηαη εθηφμεπζε ελφο βιήκαηνο πνιχ κηθξήο κάδαο θαη κεγάιεο

ηαρχηεηαο θξνχζεο, ζην δνθίκην πνπ θαηαπνλείηαη. πλήζσο, ηα πεηξάκαηα

βαιιηζηηθήο θξνχζεο νδεγνχλ ζε κεγάιεο έθηαζεο βιάβε ζηα δνθίκηα, αθφκα θαη ζε

πιήξε δηάηξεζή ηνπο. Με ηα βαιιηζηηθά πεηξάκαηα κπνξνχλ λα εμνκνησζνχλ

πεξηπηψζεηο φπνπ αησξνχκελα αληηθείκελα ζπγθξνχνληαη κε έλα αεξνπιάλν θαηά ηε

δηάξθεηα ηεο απνγείσζεο ή ηεο πξνζγείσζεο. [15-17]

3.1.3 Μεραληζκνί αζηνρίαο θαηά ηελ θξνύζε

Απφ ηηο κέρξη ζήκεξα εξεπλεηηθέο πξνζπάζεηεο έρεη πξνθχςεη πσο θαηά ηε

δηάξθεηα ελφο πεηξάκαηνο θξνπζηηθήο θαηαπφλεζεο, αλαπηχζζνληαη πνιινί θαη

πνιχπινθνη, νξηζκέλεο θνξέο, κεραληζκνί αζηνρίαο νη νπνίνη νδεγνχλ ζε κεξηθή ή

νιηθή ππνβάζκηζε ησλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ ελφο ζχλζεηνπ πιηθνχ, γεγνλφο πνπ

κπνξεί λα νδεγήζεη θαη ζε νιηθή θαηάξξεπζε κηαο θαηαζθεπήο.

Παξαθάησ ζα αλαθεξζνχλ επηγξακκαηηθά νη κεραληζκνί αζηνρίαο πνπ κπνξεί

λα παξαηεξήζεη θάπνηνο θαηά ηε δηάξθεηα ελφο πεηξάκαηνο θξνχζεο, ελψ κεξηθνί ζα

πεξηγξαθνχλ αλαιπηηθφηεξα. πλνιηθά νη κεραληζκνί αζηνρίαο είλαη νη εμήο:

Ρεγκαηψζεηο ζηε κήηξα (matrix crackings)

Απνθνιιήζεηο ζηξψζεσλ (delamination)

Απνθνιιήζεηο ζηε δηεπηθάλεηα ίλαο-κήηξαο (fibre-matrix debonding)

Γηείζδπζε (penetration)

Θξαχζε ηλψλ (fibre breakage)

Φαηλφκελα εμψζεζεο ηλψλ (pull-out)

Σνπηθέο επηθαλεηαθέο δηεηζδχζεηο (indentation)


46

Οη ξεγκαηψζεηο ζηε κήηξα θαη νη απνθνιιήζεηο ησλ ζηξψζεσλ είλαη νη πην

ζπρλνί κεραληζκνί αζηνρίαο ζε πεηξάκαηα θξνχζεο ρακειήο ελέξγεηαο. Η βιάβε ζηε

πεξηνρή ηεο κήηξαο πξνθαιείηαη απφ θξνπζηηθή θαηαπφλεζε θάζεηε ζην δνθίκην θαη

ζπλήζσο παίξλεη ηε κνξθή ηεο ξεγκάησζεο, ελψ θάπνηεο θνξέο κπνξεί λα ζπκβεί θαη

απνθφιιεζε ηεο ίλαο απφ ηε κήηξα, ζηε πεξηνρή ηεο δηεπηθάλεηαο. Οη ξεγκαηψζεηο

ζηε κήηξα είλαη απφξξνηα ηεο θαθήο ζπκβαηφηεηαο ησλ ηδηνηήησλ ηεο κήηξαο κε

απηέο ηεο ίλαο θαη γη‟ απηφ ην ιφγν ζπκβαίλνπλ ζπρλά θαηά ηε δηεχζπλζε πνπ είλαη

παξάιιειε ζηηο ίλεο. ε απηή ηελ πεξίπησζε ε κήηξα ξεγκαηψλεηαη ζηα αλψηεξα θαη

ζηα κεζαία επίπεδα ηνπ ζχλζεηνπ πιηθνχ, μεθηλψληαο θάησ απφ ην ζεκείν επαθήο

ηνπ δνθηκίνπ κε ην θξνπζηηθφ ζψκα, εμαηηίαο ησλ θακπηηθψλ ηάζεσλ πνπ

αλαπηχζζνληαη ζε εθείλε ηελ πεξηνρή.

Η απνθφιιεζε ησλ ζηξψζεσλ είλαη ίζσο ν πην ζεκαληηθφο κεραληζκφο

ππνβάζκηζεο ησλ ηδηνηήησλ ελφο ζχλζεηνπ πιηθνχ. Απηή ε απνθφιιεζε δελ είλαη

ηίπνηα άιιν, παξά κηα ξσγκή ε νπνία δηαηξέρεη ηελ πεξηνρή ηεο ξεηίλεο, ε νπνία

βξίζθεηαη ελδηάκεζα ησλ ζηξσκάησλ πνπ έρνπλ δηαθνξεηηθή δηεχζπλζε ηλψλ θαη

είλαη απνηέιεζκα ηεο αζπκβαηφηεηαο κεηαμχ ηεο θακπηηθήο δπζθακςίαο κηαο

ζηξψζεο, κε απηή ηεο παξαθείκελήο ηεο. Έρεη παξαηεξεζεί εξεπλεηηθά, πσο ε

απνθφιιεζε ησλ ζηξψζεσλ θαηά ηε δηάξθεηα ηεο θξνπζηηθήο θαηαπφλεζεο,

ζπκβαίλεη κφλν φηαλ ε ελέξγεηα θξνχζεο αγγίμεη έλα θαηψθιη ελέξγεηαο θαη

ζπκβαίλεη πάληα, αθνχ έρεη πξνεγεζεί ξεγκάησζε ηεο κήηξαο. Οη ξεγκαηψζεηο ηεο

κήηξαο νη νπνίεο νδεγνχλ ζε απνθφιιεζε ησλ ζηξψζεσλ είλαη γλσζηέο ζηελ

βηβιηνγξαθία θαη σο θξίζηκεο ξεγκαηψζεηο ηεο κήηξαο. ηελ Δηθφλα 3.4

απεηθνλίδνληαη νη κεραληζκνί ηεο ξεγκάησζεο ηεο κήηξαο θαη ηεο απνθφιιεζεο ησλ

ζηξψζεσλ ζε έλα ζχλζεην πιηθφ.


47

Εηθόλα 3.4 Απεηθφληζε κεραληζκψλ αζηνρίαο θαηά ηε δηάξθεηα θξνπζηηθήο θαηαπφλεζεο, κε

ξεγκάησζε ζηε κήηξα θαη απνθφιιεζε ζηξψζεσλ.

Η δηείζδπζε είλαη έλαο καθξνζθνπηθφο ηχπνο αζηνρίαο πνπ ζπκβαίλεη φηαλ ε

αζηνρία ησλ ηλψλ θηάλεη έλα θξίζηκν ζεκείν, θαζηζηψληαο δπλαηφ ην θξνπζηηθφ

ζψκα λα δηαπεξάζεη εληειψο ην δνθίκην. Σν θαηλφκελν ηεο δηείζδπζεο είλαη ζχλεζεο

ζε πεξηπηψζεηο βαιιηζηηθήο θξνχζεο, αιιά επίζεο αξθεηά ζπρλφ ζε

επαλαιακβαλφκελεο θξνπζηηθέο θαηαπνλήζεηο ρακειήο ελέξγεηαο, φπνπ κεηά απφ

θάζε θξνχζε, ε ελέξγεηα πνπ παξέρεηαη ζην δνθίκην ιεηηνπξγεί ζην ηέινο αζξνηζηηθά,

κέρξη ηελ νιηθή αζηνρία ηνπ πιηθνχ. ηελ Δηθφλα 3.5 θαίλεηαη έλα δνθίκην θξνχζεο

ζην νπνίν έρεη ζπκβεί δηείζδπζε ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο.

Έλαο άιινο κεραληζκφο αζηνρίαο ζε θξνχζε, είλαη απηφο πνπ ζρεηίδεηαη κε ηε

ζξαχζε ησλ ηλψλ, ε νπνία γεληθψο ιακβάλεη ρψξα ζρεηηθά αξγφηεξα, ζε ζρέζε κε

άιινπο κεραληζκνχο φπσο ηε ξεγκάησζε ηεο κήηξαο ή ηελ απνθφιιεζε ζηξψζεσλ,

ηνπο νπνίνπο αθνινπζεί ρξνληθά. Η ζξαχζε ησλ ηλψλ είλαη απνηέιεζκα πςειψλ,

δηαηκεηηθψλ θπξίσο, ηάζεσλ πνπ αλαπηχζζνληαη ζηελ επηθάλεηα πνπ έξρεηαη ζε

επαθή κε ην θξνπζηηθφ ζψκα, αιιά θαη θακπηηθψλ ηάζεσλ πνπ αλαπηχζζνληαη ζηελ

αληίζεηε επηθάλεηα ηνπ δνθηκίνπ. ε πνιιέο πεξηπηψζεηο ε ζξαχζε ησλ ηλψλ είλαη

πξνάγγεινο ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο δηείζδπζεο ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο ζην ππφ

θξνχζε δνθίκην. [15-19]


48

Εηθόλα 3.5 Απεηθφληζε κεραληζκνχ αζηνρίαο θαηά ηε δηάξθεηα θξνπζηηθήο θαηαπφλεζεο, κε

δηείζδπζε ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο ζην δνθίκην.

3.1.4 Παξάκεηξνη πνπ επεξεάδνπλ ηελ θξνύζε

Πέξα απφ ηνπο κεραληζκνχο αζηνρίαο πνπ ιακβάλνπλ ρψξα θαηά ηε δηάξθεηα

ελφο πεηξάκαηνο θξνχζεο, ππάξρεη θαη κηα ζεηξά παξακέηξσλ ε νπνία επεξεάδεη θη

απηή κε ηε ζεηξά ηεο ηα πεηξακαηηθά απνηειέζκαηα. Μεξηθέο απφ ηηο πην ζεκαληηθέο

παξακέηξνπο, πνπ κπνξεί λα επεξεάζνπλ θαζνξηζηηθά ηα απνηειέζκαηα θαηά ηε

δηάξθεηα ηεο θξνπζηηθήο θαηαπφλεζεο, ζα πεξηγξαθνχλ ελ ζπληνκία παξαθάησ.

Μεγάιεο ζεκαζίαο γηα ην πείξακα ηεο θξνχζεο είλαη ε ζσζηή πάθησζή ηνπ

ζηελ πξνβιεπφκελε ζέζε ηεο πεηξακαηηθήο δηάηαμεο. Με ηε ζσζηή ζηήξημε ηνπ

δνθηκίνπ δίλεηαη ε δπλαηφηεηα απνξξφθεζεο ηεο κέγηζηεο δπλαηήο ελέξγεηαο θαηά

ηελ θξνχζε, ζε ζρέζε κε ηελ πεξίπησζε ηεο απιήο έδξαζεο ηνπ δνθηκίνπ ζηε

δηάηαμε, κε απνηέιεζκα λα ππάξρεη ε θαιχηεξε δπλαηή κειέηε ηεο κεραληθήο

ζπκπεξηθνξάο ηνπ πιηθνχ ππφ ζπλζήθεο θξνχζεο.

εκαληηθφ ξφιν γηα ηελ ζσζηή δηεμαγσγή ηνπ πεηξάκαηνο παίδεη ε θχζε ηνπ

πιηθνχ απφ ην νπνίν είλαη θαηαζθεπαζκέλν ην θξνπζηηθφ ζψκα, αιιά θαη ε


49

γεσκεηξία ηνπ. Καηά ηε δηάξθεηα ηνπ πεηξάκαηνο ηεο θξνχζεο, είλαη απαξαίηεην ην

θξνπζηηθφ ζψκα λα κεηαβηβάδεη ζην δνθίκην φιε ηελ θηλεηηθή ελέξγεηα πνπ έρεη

απνθηήζεη θαηά ηελ πηψζε ηνπ. Έηζη, είλαη αλαγθαίν ην θξνπζηηθφ ζψκα λα είλαη

θαηαζθεπαζκέλν απφ ηέηνην πιηθφ πνπ λα δέρεηαη ηηο κηθξφηεξεο δπλαηέο πιαζηηθέο

παξακνξθψζεηο, νχησο ψζηε λα κελ ράλεηαη κέξνο ηεο ελέξγεηαο θξνχζεο ζε απηέο.

Η γεσκεηξία ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο έρεη επίζεο ηε δηθή ηεο ζεκαζία, κηαο θαη

αλάινγα κε ηε γεσκεηξία ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο, κπνξεί λα ελεξγνπνηεζεί

δηαθνξεηηθφο κεραληζκφο αζηνρίαο θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ πεηξάκαηνο, αθνχ ε

γεσκεηξία επεξεάδεη άκεζα ηνλ ηχπν ησλ ηάζεσλ πνπ αλαπηχζζνληαη θαηά ηε

δηάξθεηα ηεο επαθήο ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο κε ην δνθίκην.

Η γσλία θξνχζεο είλαη αθφκε κηα παξάκεηξνο πνπ κπνξεί λα επεξεάζεη ηα

πεηξακαηηθά απνηειέζκαηα πνπ ιακβάλνληαη θαηά ηε δηάξθεηα ελφο πεηξάκαηνο

θξνχζεο. Ωο γσλία θξνχζεο νξίδεηαη ε ζρεκαηηδφκελε γσλία κεηαμχ ηεο θάζεηεο

δηεχζπλζεο ηνπ δνθηκίνπ, κε ηε δηεχζπλζε θξνχζεο, πνπ αληηζηνηρεί ζηε δηεχζπλζε

θίλεζεο ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο. Η γσλία θξνχζεο επηδξά ζηε πνξεία ηνπ

πεηξάκαηνο, αθξηβψο κε ηνλ ίδην ηξφπν πνπ επηδξά θαη ε γεσκεηξία ηνπ θξνπζηηθνχ

ζψκαηνο, επεξεάδνληαο ηνλ ηχπν ηεο βιάβεο θαη ηνπ κεραληζκνχ αζηνρίαο πνπ

κπνξεί λα ελεξγνπνηεζεί.

Μηα άιιε ζεκαληηθή παξάκεηξνο πνπ επεξεάδεη ηα απνηειέζκαηα ελφο

πεηξάκαηνο θξνπζηηθήο θαηαπφλεζεο είλαη ε γεσκεηξία ηνπ δνθηκίνπ. Απμάλνληαο ην

πάρνο ελφο δνθηκίνπ ππάξρεη αμηφινγε επίδξαζε ζην θαηψθιη ελέξγεηαο, θάησ απφ ην

νπνίν δελ παξαηεξείηαη θάπνηα θζνξά ζην δνθίκην. Δηδηθά ζε πνιχζηξσηεο πιάθεο

ζχλζεηνπ πιηθνχ, ην θαηψθιη ελέξγεηαο απμάλεηαη ζεκαληηθά, απμαλνκέλνπ ηνπ

πάρνπο ηνπ δνθηκίνπ θαη πην ζπγθεθξηκέλα ηνπ πάρνπο ηεο θάζε ζηξψζεο,

βειηηψλνληαο ελ ηέιεη θαη ηηο ελαπνκέλνπζεο κεραληθέο ηδηφηεηεο ηνπ πιηθνχ.

Οη πεξηβαιινληηθέο ζπλζήθεο δηεμαγσγήο ελφο πεηξάκαηνο θξνχζεο είλαη

επίζεο κηα παξάκεηξνο πνπ κπνξεί λα επεξεάζεη ηα ηειηθά απνηειέζκαηα, κε ηε

ζεξκνθξαζία θαη ηελ πγξαζία λα επηδξνχλ ε θαζεκία κε ηνλ ηξφπν ηεο ζηα

πεηξακαηηθά απνηειέζκαηα. Απμαλνκέλεο ηεο ζεξκνθξαζίαο, απμάλεηαη θαη ε αληνρή

ηνπ δνθηκίνπ ζε θξνχζε, κηαο θαη ην πιηθφ πξνζεγγίδεη πεξηζζφηεξν ηελ πεξηνρή


50

παιψδνπο κεηάβαζεο, κε ηα καθξνκφξηα λα απνθηνχλ κεγαιχηεξε θηλεηηθφηεηα θαη

ην πιηθφ λα γίλεηαη πην φιθηκν θαη λα κπνξεί λα ιάβεη κεγαιχηεξεο παξακνξθψζεηο,

φπσο θαη λα απνξξνθά κεγαιχηεξα πνζά ελέξγεηαο θξνχζεο. Αλάινγε ζπκπεξηθνξά

έρεη ην πιηθφ θαη ζηελ απνξξφθεζε πγξαζίαο, κηαο θαη ηα καθξνκφξηα απνθηνχλ

απμεκέλε θηλεηηθφηεηα θαη ζε απηή ηελ πεξίπησζε, αιιά φρη απφ ηελ απνξξφθεζε

ελέξγεηαο ιφγσ αλφδνπ ηεο ζεξκνθξαζίαο. Άμηνλ αλαθνξάο είλαη ην γεγνλφο πσο θαη

ζηηο δχν πεξηπηψζεηο πνπ κφιηο πεξηγξάθεθαλ, παξά ηελ αχμεζε ηεο αληνρήο ζε

θξνχζε, παξαηεξείηαη εκθάληζε παξακελνπζψλ πιαζηηθψλ παξακνξθψζεσλ ζην

πιηθφ. [15,16,20-22]

3.2 Θεσξία Κάκςεο

Ο ραξαθηεξηζκφο ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο δηαθφξσλ πιηθψλ είλαη

ζεκαληηθφο γηα ηε κειέηε ηνπο θαη γηα ηελ επίηεπμή ηνπ ρξεζηκνπνηνχληαη έλα

ζχλνιν κεραληθψλ δνθηκψλ. Σα πεηξάκαηα θάκςεο είλαη έλαο κέξνο απηψλ ησλ

δνθηκψλ θαη κε ηε βνήζεηά ηνπο είλαη δπλαηφλ λα πξνζδηνξηζηνχλ νξηζκέλεο

κεραληθέο ηδηφηεηεο απηψλ ησλ πιηθψλ. Καηά ηε δηάξθεηα ηεο παξνχζαο

κεηαπηπρηαθήο εξγαζίαο εηδίθεπζεο, ρξεζηκνπνηήζεθαλ ζηαηηθά πεηξάκαηα θάκςεο

ηξηψλ ζεκείσλ (3-point bending - TPB) πξνθεηκέλνπ λα πξνζδηνξηζηνχλ νη

ελαπνκέλνπζεο κεραληθέο ηδηφηεηεο ησλ δνθηκίσλ κεηά απφ θξνχζε θαη γη‟ απηφ ην

ιφγν ζα αθνινπζήζεη κηα ζχληνκε πεξηγξαθή ηεο ζεσξίαο θάκςεο.

Με βάζε ηελ θιαζηθή ζεσξία θάκςεο, ε νξζή παξακφξθσζε κίαο δνθνχ εxx

είλαη ίζε κε:

θzξ

zε xx (3.1)

φπνπ ξ είλαη ε αθηίλα θακππιφηεηαο θαη ξ

1θ νξίδεηαη σο ε θακππιφηεηα ηεο

νπδέηεξεο γξακκήο.


51

Η παξαπάλσ ζρέζε πξνθχπηεη ρσξίο ηε ζεψξεζε θάπνηνπ ζπγθεθξηκέλνπ

λφκνπ ηάζεο – παξακφξθσζεο θαη επνκέλσο ηζρχεη γηα φια ηα πιηθά αλεμάξηεηα αλ

απηά βξίζθνληαη ζηελ ειαζηηθή ή ζηελ πιαζηηθή πεξηνρή.

Εηθόλα 3.6 Μνξθή δνθηκίνπ θαηά ηε δηάξθεηα ηεο θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ.

Αλ ππνζέζνπκε ηψξα φηη ην πιηθφ είλαη νκνγελέο, ηζφηξνπν θαη γξακκηθά

ειαζηηθφ, ηζρχεη δειαδή ν λφκνο ηνπ Hooke, ηφηε ε νξζή ηάζε ζxx δίλεηαη απφ ηελ

ζρέζε:

Δθzξ

zΔζ xx (3.2)

ελψ κπνξεί λα απνδεηρζεί φηη:

yy

y

EI

Μ

ξ

1 (3.3)

θαη επνκέλσο:

z I

Μζ

yy

y

xx (3.4)


52

Απφ ηηο παξαπάλσ ζρέζεηο παξαηεξείηαη φηη ηφζν νη ηάζεηο φζν θαη νη

παξακνξθψζεηο κεηαβάιινληαη γξακκηθά θαηά ην πάρνο ηεο δνθνχ, κεδελίδνληαη

ζηνλ νπδέηεξν άμνλα (z = 0) θαη απμάλνληαη φζν κεγαιψλεη ε απφζηαζε απφ απηφλ.

Ειθόλα 3.7 Κάκςε 3 ζεκείσλ θαη δηάγξακκα θακπηηθψλ ξνπψλ [Μy].

Γηα ηελ πεξίπησζε ηεο θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ (Δηθφλα 3.7) ε κέγηζηε

θακπηηθή ξνπή εκθαλίδεηαη ζην θέληξν ηεο δνθνχ θαη είλαη ίζε κε 4

PLM y . Με P

ζπκβνιίδεηαη ε εθαξκνδφκελε δχλακε ελψ κε L ην ελεξγφ κήθνο ηεο δνθνχ.

Λακβάλνληαο ππφςε φηη ε δεπηεξνβάζκηα ξνπή αδξάλεηαο ηεο νξζνγσληθήο δηαηνκήο

είλαη ίζε κε 12

bhI

3

yy θαη φηη 2

hzz max ηφηε ε κέγηζηε αλαπηπζζφκελε νξζή

ηάζε ζα είλαη ίζε κε:

2xxh b 2

3PLζ (3.5)

Σέινο κε βάζε ηελ εμίζσζε ηεο ειαζηηθήο γξακκήο πξνθχπηεη φηη ην κέγηζην

βέινο θάκςεο, ε κέγηζηε δειαδή βχζηζε ε νπνία παξαηεξείηαη ζην θέληξν ηεο δνθνχ

είλαη ίζε κε:


53

3

33

448 E bh

PLd

E I

PLd

yy

(3.6)

Απφ ηελ παξαπάλσ ζρέζε πξνθχπηεη φηη ην κέηξν θάκςεο είλαη ίζν κε:

d

P

bh

LE f

3

3

4 (3.7)

φπνπ d

P είλαη ν ιφγνο ηεο δχλακεο πξνο ηε κεηαηφπηζε ζηελ γξακκηθή πεξηνρή ηνπ

δηαγξάκκαηνο P - d, L είλαη ην ελεξγφ κήθνο ηεο δνθνχ, b είλαη ην πιάηνο θαη h είλαη

ην πάρνο ηεο δνθνχ.

Με ζπλδπαζκφ ησλ Δμηζψζεσλ 3.1, 3.3 θαη 3.6 πξνθχπηεη φηη:

dL

h6ε

2xx (3.8)

Εηθόλα 3.8 Σππηθφ δηάγξακκα ηάζεο παξακφξθσζεο. Σν κέηξν ειαζηηθφηεηαο ζε θάκςε

ππνινγίδεηαη γηα πνιχ κηθξέο παξακνξθψζεηο (πεξηνρή κε θφθθηλε ζήκαλζε).


54

χκθσλα κε ηηο παξαπάλσ ζρέζεηο θαηά ηελ πεηξακαηηθή δηαδηθαζία ζα

ππνινγίδεηαη ε κέγηζηε ηάζε θαη ε κέγηζηε παξακφξθσζε κε δεδνκέλε ηελ

θαηαθφξπθε δχλακε P πνπ αζθεί ε κεραλή ζην δνθίκην θαη ηελ κεηαηφπηζε ηεο

αξπάγεο. [23, 24]

3.3 Θεσξία Ηιεθηξνληθήο Μηθξνζθνπίαο άξσζεο (S.E.M.)

Η ιεηηνπξγία ηνπ ειεθηξνληθνχ κηθξνζθνπίνπ ζάξσζεο (S.E.M.),

πξαγκαηνπνηείηαη κε ηελ παιηλδξνκηθή ζάξσζε ηεο επηθάλεηαο ζηεξενχ δείγκαηνο

απφ κηα δέζκε ειεθηξνλίσλ πςειήο ελέξγεηαο, ππφ ζπλζήθεο πςεινχ θελνχ. ην

S.E.M. ρξεζηκνπνηείηαη καγλεηηθφ ζχζηεκα εζηίαζεο πνπ κπνξεί λα δψζεη έλα

κέγεζνο θνπθθίδαο ηεο δέζκεο πάλσ ζην δείγκα, 5-200 nm. Η δέζκε ησλ

ειεθηξνλίσλ πνπ αλαθιψληαη, ζπιιέγεηαη απφ έλα θαηάιιειν αληρλεπηή θαη κεηά

εκθαλίδεηαη ζε κηα θαζνδηθή ιπρλία (νζφλε). ε νξηζκέλα κνληέια S.E.M.

πξνζαξκφδεηαη θαη αληρλεπηήο αθηηλψλ Υ, πνπ δίλεη πιεξνθνξίεο θαη γηα ηε κνξηαθή

ζχζηαζε ηνπ δείγκαηνο, κεηξψληαο ηε δηαθνξά ζην κήθνο θχκαηνο κεηαμχ ηεο

πξνζπίπηνπζαο θαη ηεο αλαθιψκελεο δέζκεο. Η εηθφλα πνπ εκθαλίδεηαη ζηελ νζφλε

αλαπαξηζηά ηα επηθαλεηαθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ δνθηκίνπ θαη κπνξεί λα αμηνινγεζεί

ή λα κειεηεζεί θαιχηεξα θαζψο ππάξρεη ε δπλαηφηεηα απνζήθεπζήο ηεο ζαλ

θσηνγξαθία.

Η επηθάλεηα ησλ δεηγκάησλ κπνξεί λα γπαιηζηεί ή λα ππνζηεί ρεκηθή

επεμεξγαζία, ρσξίο λα επεξεάδεηαη ε απνηειεζκαηηθφηεηα ηεο κεζφδνπ. Δίλαη

απαξαίηεην λα είλαη ειεθηξηθά αγψγηκε. Γηα ην ιφγν απηφ, θαηά ηελ εμέηαζε κε

αγψγηκσλ πιηθψλ, επηβάιιεηαη θαηά ηελ πξνεηνηκαζία ησλ δεηγκάησλ ε ελαπφζεζε

ελφο πνιχ ιεπηνχ κεηαιιηθνχ πκελίνπ ζηελ επηθάλεηά ηνπο, ην νπνίν είλαη ζπλήζσο

πιάζκα ρξπζνχ ή ραιθνχ. Με ηε ζπγθεθξηκέλε κέζνδν κπνξνχλ λα επηηεπρζνχλ

κεγεζχλζεηο πνπ θπκαίλνληαη απφ 10 έσο 1.000.000 θνξψλ επί ην κέγεζνο ηνπ

αξρηθνχ. ηελ Δηθφλα 3.9 θαίλεηαη κηα ζρεκαηηθή απεηθφληζε ηνπ δηαγξάκκαηνο

ιεηηνπξγίαο ηνπ S.E.M. [40]


55

Εηθόλα 3.9 Γηάγξακκα ιεηηνπξγίαο ειεθηξνληθνχ κηθξνζθνπίνπ ζάξσζεο (S.E.M.).

Κεθάιαην 4 – Πνιπκεξή & Πνι/ξηθά χλζεηα Τιηθά ε Κξνχζε: EP, PMMA, CFRP, GFRP

56

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4

ΠΟΛΤΜΔΡΗ & ΠΟΛΤΜΔΡΙΚΑ ΤΝΘΔΣΑ ΤΛΙΚΑ

Δ ΚΡΟΤΗ: EP, PMMA, CFRP, GFRP

4.1 Γεληθά

ηα πξνεγνχκελα δχν θεθάιαηα ηεο παξνχζαο εξγαζίαο πεξηγξάθεθαλ γεληθά

νη ηδηφηεηεο θαη νη εθαξκνγέο ησλ πιηθψλ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ ζα δνθίκηα, αιιά

θαη ε ζεσξία θξνχζεο αληίζηνηρα. ην παξφλ θεθάιαην ζα γίλεη κηα αλαιπηηθφηεξε

παξνπζίαζε ηεο ζπκπεξηθνξάο ησλ πιηθψλ απηψλ ζε θξνπζηηθή θαηαπφλεζε, βάζε

βηβιηνγξαθίαο.

4.2 Επνμεηδηθέο Ρεηίλεο

Όπσο έρεη ήδε αλαθεξζεί νη επνμεηδηθέο ξεηίλεο είλαη ζεξκνζθιεξπλφκελα

πνιπκεξή θαη ραξαθηεξίδνληαη απφ ηελ χπαξμε ησλ επνμεηδηθψλ νκάδσλ ζηε δνκή

ηνπο. Οη πην δηαδεδνκέλεο επνμεηδηθέο ξεηίλεο είλαη απηέο πνπ παξαζθεπάδνληαη απφ

ηε ζπκπχθλσζε επηρισξπδξίλεο κε δηθαηλφιε Α. Σα επηκέξνπο ραξαθηεξηζηηθά ηεο

δηθαηλφιεο Α είλαη απηά πνπ πξνζδίδνπλ ζηηο επνμεηδηθέο ξεηίλεο θάπνηεο απφ ηηο

ηειηθέο ηνπο ηδηφηεηεο. Καηά ηε δηάξθεηα ηνπ πνιπκεξηζκνχ δεκηνπξγνχληαη

ζηαπξνδεζκνί αλάκεζα ζηηο καθξνκνξηαθέο αιπζίδεο, γεγνλφο ζην νπνίν νθείιεηαη

θαη ε αθακςία πνπ έρεη ην ηειηθφ πνιπκεξέο, ιφγσ ηεο κεησκέλεο θηλεηηθφηεηαο πνπ

επηβάιινπλ ζηα καθξνκφξηα.


57

Οη επνμεηδηθέο ξεηίλεο ζεσξνχληαη απφ ηα ζεκαληηθφηεξα

ζεξκνζθιεξπλφκελα πνιπκεξή κε πνιχ θαιέο ηδηφηεηεο, φπσο ην πςειφ κέηξν

ειαζηηθφηεηαο, ε πςειή αληνρή ή ε θαιή αληίζηαζε ζε ρεκηθή πξνζβνιή. Ωζηφζν

εθηφο απφ ηα πξναλαθεξζέληα πιενλεθηήκαηά ηνπο, παξνπζηάδνπλ θαη θάπνηα

κεηνλεθηήκαηα, φπσο ε ςαζπξφηεηα πνπ επηδεηθλχνπλ, ε ρακειή αληίζηαζή ηνπο ζηε

δηάδνζε ησλ ξσγκψλ, αιιά θαη ε ρακειή ηνπο δπζζξαπζηφηεηα, ε νπνία

κεηαθξάδεηαη ζε ρακειή αληνρή ζε θξνχζε.

Λφγσ ηεο ρακειήο αληνρήο ζε θξνχζε πνπ έρνπλ νη επνμεηδηθέο ξεηίλεο,

γίλεηαη πξνζπάζεηα λα βειηησζεί ε δπζζξαπζηφηεηά ηνπο, δίρσο φκσο λα έρνπκε

ζεκαληηθέο κεηψζεηο ζηηο ηηκέο άιισλ ηδηνηήησλ, θπξίσο ησλ κεραληθψλ. Η βειηίσζε

απηή επηηπγράλεηαη ζπλήζσο κε ηε ρξεζηκνπνίεζε ησλ επνμεηδηθψλ ξεηηλψλ σο

κεηξηθφ πιηθφ θαη ηε ρξήζε εληζρχζεσλ απφ δηάθνξα πιηθά, φπσο γπαιί ή άλζξαθα,

ππφ ηε κνξθή ηλψλ ή θφθθσλ.

Μηα άιιε κέζνδνο λα βειηησζεί ε δπζζξαπζηφηεηα ησλ επνμεηδηθψλ ξεηηλψλ

είλαη ε πξνζζήθε θαηάιιεισλ ειαζηνκεξψλ, ηα νπνία είλαη ζπλήζσο ζπκπνιπκεξή

κε κνλνκεξή αθξπινληηξηιίνπ, ζην πξνπνιπκεξέο, πξηλ απηφ αλακηρζεί κε ηνλ

ζθιεξπληή θαη πνιπκεξηζηεί. Καηά απηφλ ηνλ ηξφπν γίλεηαη ηξνπνπνίεζε ηεο

ξεηίλεο, κε απνηέιεζκα ηα ζπκπνιπκεξή απηά λα έρνπλ επίδξαζε ζηελ

δπζζξαπζηφηεηα θαη ζηελ αληνρή ζε θξνχζε, κέζσ ηνπ κνξηαθνχ βάξνπο, ηεο

ζπγθέληξσζεο θαη ηεο παξακέηξνπ δηαιπηφηεηαο ηνπ ειαζηνκεξνχο. Γπζηπρψο, ν

βαζκφο βειηίσζεο κέζσ ηεο πξνζζήθεο ησλ ζπκπνιπκεξψλ ειαζηνκεξνχο-

αθξπινληηξηιίνπ είλαη πεξηνξηζκέλνο, εμαηηίαο ηεο κείσζεο ηεο ηθαλφηεηαο

δηαηκεηηθήο παξακφξθσζεο, ιφγσ αχμεζεο ηεο ζπγθέληξσζεο ησλ ζηαπξνδεζκψλ.

Έλαο ζρεηηθά θαηλνχξγηνο ηξφπνο βειηίσζεο ηεο αληνρήο ζε θξνχζε ησλ

επνμεηδηθψλ ξεηηλψλ είλαη ε δεκηνπξγία αιιεινδηαρπφκελσλ πνιπκεξηθψλ δηθηχσλ

(interpenetrating polymer networks - IPNs ), κε δηάρπζε θάπνηνπ ζεξκνπιαζηηθνχ

πνιπκεξνχο κέζα ζηε ξεηίλε, δεκηνπξγψληαο θαη‟ απηφλ ηνλ ηξφπν έλα πνιπκεξηθφ

θξάκα. Μέζσ απηήο ηεο κεζφδνπ είλαη δπλαηφλ λα δηαηεξεζνχλ νη θαιέο κεραληθέο

θαη ζεξκηθέο ηδηφηεηεο ηεο επνμεηδηθήο ξεηίλεο, βειηηψλνληαο παξάιιεια ηε

δπζζξαπζηφηεηα ηνπ ηειηθνχ πιηθνχ. [12, 25-27]


58


Ο πνιπκεζαθξπιηθφο κεζπιεζηέξαο (PMMA) ή Plexiglas, φπσο είλαη ε

εκπνξηθή ηνπ νλνκαζία, είλαη έλα δηαθαλέο ςαζπξφ ζεξκνπιαζηηθφ πνιπκεξέο κε

πνιιέο θαη δηαθνξεηηθέο εθαξκνγέο. Όπσο είλαη ήδε γλσζηφ επηηξέπεη ηε δηέιεπζε

ηνπ θσηφο απφ ην εζσηεξηθφ ηνπ ζε πνζνζηφ έσο θαη 92%, έρεη θαιή κεραληθή

αληνρή, είλαη ζπκβαηφ ζε κεγάιν βαζκφ κε ηνπο αλζξψπηλνπο ηζηνχο θαη δελ

επηηξέπεη ηελ αλάπηπμε κηθξννξγαληζκψλ ζηελ επηθάλεηά ηνπ, είλαη ειαθξχηεξν απφ

ην γπαιί, έρεη εμαηξεηηθή πεξηβαιινληηθή ζηαζεξφηεηα, ελψ ε δπζζξαπζηφηεηά ηνπ

θαη ε ζπκπεξηθνξά ηνπ ζε θξνχζε είλαη αξθεηά αλψηεξε απφ ην γπαιί, ην νπνίν θαη

έρεη αληηθαηαζηήζεη ζε αξθεηέο εθαξκνγέο.

Καηά ηε δηάξθεηα ηεο θξνχζεο ζηνλ πνιπκεζαθξπιηθφ κεζπιεζηέξα, αιιά

γεληθφηεξα ζηα αλφξγαλα πνιπκεξή, ππάξρεη ζπγθέληξσζε θνξηίνπ ζην ζεκείν

επαθήο ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο κε ην πνιπκεξηθφ δνθίκην, κε απνηέιεζκα λα

δεκηνπξγνχληαη ζε απηφ ην ζεκείν πιαζηηθέο παξακνξθψζεηο. Απηέο νη πιαζηηθέο

παξακνξθψζεηο ππάξρεη κεγάιε πηζαλφηεηα λα απνηειέζνπλ ζεκείν έλαξμεο

αθηηληθψλ θαη πιεπξηθψλ κηθξνξσγκψλ ζην εζσηεξηθφ ηνπ δνθηκίνπ, νη νπνίεο

αλαπηχζζνληαη θαη δηαδίδνληαη εάλ ε πξνζθεξφκελε ελέξγεηα θαηά ηε θξνχζε

ππεξβαίλεη ηελ απαηηνχκελε θξίζηκε ελέξγεηα γηα ηε δηάδνζε ξσγκψλ. Απηή ε

ζπκπεξηθνξά αλαθέξεηαη ζπρλά ζαλ εκηςαζπξφο ηχπνο αζηνρίαο, φπνπ έλαο

πεξηνξηζκέλνο βαζκφο πιαζηηθήο παξακφξθσζεο, κπνξεί λα ιεηηνπξγήζεη ζαλ

πξφδξνκνο ηεο δηάδνζεο ξσγκψλ.

Λφγσ ηνπ ςαζπξνχ ραξαθηήξα ηνπ PMMA, γηα λα βειηησζεί ε αληνρή ηνπ ζε

θξνχζε, φπσο θαη ζηηο επνμεηδηθέο ξεηίλεο, ζπλεζίδεηαη θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ

πνιπκεξηζκνχ, λα ζπκπνιπκεξίδνληαη νη καθξνκνξηαθέο αιπζίδεο ηνπ

πνιπκεζαθξπιηθνχ κεζπιεζηέξα κε ειαζηνκεξηθέο, κε απνηέιεζκα ην ηξνπνπνηεκέλν

πιηθφ λα έρεη ηθαλφηεηα λα απνξξνθά κεγαιχηεξα πνζά ελέξγεηαο θαηά ηε δηάξθεηα

ηεο θξνπζηηθήο θαηαπφλεζήο ηνπ. Η ζπγθεθξηκέλε ηερληθή κπνξεί λα απμάλεη ηελ

αληνρή ηνπ PMMA, φκσο ηα πξντφληα ηεο δελ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα

νπνηαδήπνηε εθαξκνγή, κηαο θαη έρεη αξλεηηθή επίπησζε ζηε δπζθακςία ηνπ πιηθνχ,

ε νπνία κεηψλεηαη, αιιά θαη ζηελ αληίζηαζε ηνπ πιηθνχ ζε ρεκηθή πξνζβνιή, αθνχ


59

ην θάλεη επάισην ζε ρεκηθά πνπ κπνξεί λα αληηδξάζνπλ κε ηηο ειαζηνκεξηθέο

αιπζίδεο. [5,28,29]


Άλζξαθα

ηα ζχλζεηα πιηθά πνιπκεξηθήο κήηξαο εληζρπκέλα κε ίλεο άλζξαθα, ηηο

ηειεπηαίεο δεθαεηίεο, εμαηηίαο ηεο ρξήζεο ηνπο ζε πξνεγκέλεο εθαξκνγέο θαη

θαηαζθεπέο κε πνιχ πςειέο απαηηήζεηο, έρεη απνδνζεί ν ραξαθηεξηζκφο ζχλζεηα

πιηθά πςειήο απφδνζεο (high performance composites). Ο ραξαθηεξηζκφο απηφο δελ

ηνπο έρεη απνδνζεί άδηθα, αλ ζθεθηεί θαλείο πσο βξίζθνπλ εθαξκνγέο ζηελ

αεξνλαππεγηθή, ζηελ αεξνδηαζηεκηθή, ζηηο πην πξνεγκέλεο κνξθέο αγψλσλ θαη

θαηαζθεπήο απηνθηλήησλ θαη αξθεηέο αθφκα. ε φιεο απηέο ηηο εθαξκνγέο ν

ζρεδηαζηήο θαη ν θαηαζθεπαζηήο εθκεηαιιεχνληαη ηε ρακειή ππθλφηεηα ησλ CFRPs,

γεγνλφο πνπ έρεη ζαλ απνηέιεζκα ηε ιήςε εηδηθψλ ηδηνηήησλ, πνπ πνιιέο θνξέο

κπνξνχλ λα ραξαθηεξηζηνχλ θαη σο εμσηηθέο.

Η ζπκπεξηθνξά ζε θξνχζε, αιιά θαη νη ελαπνκέλνπζεο κεραληθέο ηδηφηεηεο

κεηά απφ θξνχζε, ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ πνιπκεξηθήο κήηξαο εληζρπκέλα κε ίλεο

άλζξαθα, έρεη κειεηεζεί εθηελψο απφ ηελ εξεπλεηηθή θνηλφηεηα. Πνιιέο εξγαζίεο

έρνπλ δείμεη πσο ηα CFRPs πιηθά είλαη επάισηα ζε θξνπζηηθή θαηαπφλεζε θαη

ηδηαίηεξα ζηελ επαλαιακβαλφκελε θαη ρακειήο ελέξγεηαο θξνχζε. Δπίζεο έρεη

κειεηεζεί θαη έρεη βξεζεί πσο νη ελαπνκέλνπζεο κεραληθέο ηνπο ηδηφηεηεο κεηά απφ

επαλαιακβαλφκελε θξνχζε ππνβαζκίδνληαη εθηεηακέλα θαη απμαλνκέλνπ ηνπ

αξηζκνχ ησλ θξνχζεσλ, κηαο θαη γίλεηαη αζξνηζηηθή ζπγθέληξσζε βιάβεο κεηά απφ

θάζε θξνχζε, πνπ κπνξεί λα νδεγήζεη ζε απξφζκελε αζηνρία ηνπ πιηθνχ θάησ απφ

θξίζηκεο ζπλζήθεο, είηε απφ αχμεζε ηεο κάδαο ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο ή αθφκα θαη

απφ αχμεζε ηεο ελέξγεηαο θξνχζεο. Γη΄ απηφλ αθξηβψο ην ιφγν είλαη θάηη παξαπάλσ

απφ επηηαθηηθφ λα γίλεηαη πξνζεθηηθφο ζρεδηαζκφο ησλ πιηθψλ πνπ πξννξίδνληαη γηα

εθαξκνγέο πνπ ζα ιεηηνπξγνχλ ζε πεξηβάιινλ θξνχζεο, πξνο απνθπγήλ ηεο αζηνρίαο

ηνπο.


60

Η θχζε ηεο βιάβεο πνπ κπνξεί λα δεκηνπξγεζεί ζε CFRP ζχλζεηα κεηά απφ

ρακειήο ελέξγεηαο θξνπζηηθή θαηαπφλεζε πνηθίιεη απφ επηθαλεηαθή βιάβε, έσο θαη

νιηθή δηάηξεζε ηνπ δνθηκίνπ, γεγνλφο πνπ εμαξηάηαη άκεζα απφ ηηο ζπλζήθεο

θξνπζηηθήο θφξηηζεο θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ πεηξάκαηνο. Γεληθά, θάησ απφ ζπλζήθεο

ρακειήο ελέξγεηαο θξνχζεο, ε βιάβε ζπκβαίλεη ζε ζπγθεθξηκέλεο ζηξψζεηο (plies)

ηνπ πνιχζηξσηνπ πιηθνχ θαη είλαη ζπλήζσο ζπλδπαζκφο αζηνρηψλ πνπ ζπκβαίλνπλ

ζηε κήηξα, εγθάξζησλ ξσγκψλ θαη απνθνιιήζεσλ ησλ ζηξψζεσλ. Δπίζεο, πνιινί

εξεπλεηέο έρνπλ παξαηεξήζεη ηελ χπαξμε ελφο θαησθιίνπ ελέξγεηαο θξνχζεο, πάλσ

απφ ην νπνίν μεθηλάεη ε βιάβε ηεο πνιχζηξσηεο πιάθαο. Όηαλ ε ελέξγεηα θξνχζεο

είλαη ρακειφηεξε απφ απηφ ην θαηψθιη ελέξγεηαο, δελ παξαηεξείηαη χπαξμε βιάβεο

επεηδή ε ελέξγεηα βξίζθεηαη ζηα επηηξεπηά φξηα ηεο ειαζηηθήο παξακφξθσζεο ηνπ

πνιχζηξσηνπ πιηθνχ.

Η επηινγή ηεο κήηξαο θαη ησλ ηλψλ παίδνπλ κεγάιν ξφιν ζηελ ηειηθή

ζπκπεξηθνξά ζε θξνχζε ηνπ πιηθνχ, κηαο θαη αλάινγα κε ηηο ηδηφηεηεο ησλ

ζπληζησζψλ ηνπ ζπλζέηνπ, ε αζηνρία κπνξεί λα γίλεη αξθεηά πεξίπινθε εμαηηίαο ησλ

πνιιψλ θαη δηαθνξεηηθψλ κεραληζκψλ απνξξφθεζεο ελέξγεηαο. Μηα ζεηξά

παξακέηξσλ, φπσο νη ηδηφηεηεο ηεο ελδηάκεζεο θάζεο, ε θχζε ησλ ηλψλ, ε επηθάιπςή

ηνπο απφ ηε ξεηίλε, ε αιιεινπρία ηεο επηζηνίβαζεο ησλ ζηξψζεσλ, ε γεσκεηξία ηνπ

πνιχζηξσηνπ θαη ν ηξφπνο θφξηηζήο ηνπ, παίδνπλ ζεκαληηθφ ξφιν ζηελ αληνρή ζε

θξνχζε ησλ CFRPs, φπσο θαη ζηελ αληίζηαζε δηάδνζεο ησλ ξσγκψλ θαηά ηελ

θξνχζε.

ηηο πνιχζηξσηεο πιάθεο ην θαηλφκελν αζηνρίαο απφ απνθφιιεζε ησλ

ζηξψζεσλ είλαη ίζσο ν πην ζπλεζηζκέλνο ηξφπνο αζηνρίαο. Πάλσ απφ έλα

ζπγθεθξηκέλν επίπεδν ελέξγεηαο θξνχζεο ή αξηζκνχ θξνχζεσλ ζε πεξηπηψζεηο

επαλαιακβαλφκελεο θξνπζηηθήο θαηαπφλεζεο, ην κεγαιχηεξν πνζνζηφ ηεο δεκηάο

ζπκβαίλεη ζηηο ζηξψζεηο ηεο βάζεο. ε απηή ηελ πεξίπησζε ε δεκηά

πξνζαλαηνιίδεηαη θαηά κήθνο ηεο δηεχζπλζεο ησλ ηλψλ ηεο πην απνκαθξπζκέλεο

ζηξψζεο απφ ηελ επηθάλεηα θξνχζεο. Γηα ελέξγεηεο θάησ απφ ην επίπεδν ηεο

ελέξγεηαο θξνχζεο, ε βιάβε ζπγθεληξψλεηαη ζηηο αλψηεξεο θαη κεζαίεο ζηξψζεηο ηεο

πνιχζηξσηεο πιάθαο.


61

Γηα ηε βειηίσζε ηεο ζπκπεξηθνξάο ζε θξνχζε ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ

εληζρπκέλσλ κε ίλεο άλζξαθα, γίλνληαη δηαξθείο πξνζπάζεηεο, φπσο επίζεο θαη λα

κεησζεί θαη ην κέγεζνο ηεο βιάβεο, φηαλ απηφ ζπκβαίλεη. ηα πιαίζηα ησλ

πξνζπαζεηψλ απηψλ έρνπλ δνθηκαζηεί επηηπρψο πξάγκαηα φπσο ε αχμεζε ηεο

αληνρήο θαη ηεο παξακφξθσζεο ζε ζξαχζε ησλ ηλψλ άλζξαθα ή ε βειηίσζε ηεο

δπζζξαπζηφηεηαο δηαθφξσλ ξεηηλψλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη σο κεηξηθφ πιηθφ, είηε

απμάλνληαο ηελ δπζθακςία ησλ ζεξκνζθιεξπλφκελσλ, είηε ρξεζηκνπνηψληαο

ζεξκνπιαζηηθέο γηα λα κεησζεί ε πεξηνρή ηεο βιάβεο θαη λα ππάξρεη κεγαιχηεξε

αληίζηαζε ζηε δηάδνζε ησλ ξσγκψλ. Ιδηαίηεξε πξνζπάζεηα έρεη θαηαβιεζεί ζηελ

κεηαηξνπή ησλ κεηξηθψλ πιηθψλ θαη ζηε βειηίσζε ηεο επηθάλεηαο ησλ ηλψλ κε

δηάθνξεο θαηεξγαζίεο, γηα ηε βειηίσζε ηεο κεηαμχ ηνπο πξφζθπζεο, ελψ

ελζαξξπληηθά είλαη θαη ηα απνηειέζκαηα εξεπλεηψλ πνπ θαηαζθεπάδνπλ πβξηδηθά

CFRP πνιχζηξσηα, ηα νπνία πεξηέρνπλ πέξαλ απφ ηηο ίλεο άλζξαθα, ίλεο θαη απφ

άιια πιηθά, φπσο ίλεο γπαιηνχ, ζπλδπάδνληαο ηηο θαιχηεξεο ηδηφηεηεο θαη

ζπκπεξηθνξά ηεο θάζε ζπληζηψζαο ηνπ ζπλζέηνπ. [21, 30-35]


Γπαιηνύ

Οη ηδηφηεηεο ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ, αιιά θαη ε επειημία πνπ παξέρνπλ θαηά ηε

δηάξθεηα ηνπ ζρεδηαζκνχ θαη ηεο θαηαζθεπήο ηνπο, έρνπλ νδεγήζεη ζηελ

αληηθαηάζηαζε παξαδνζηαθψλ πιηθψλ, φπσο ν ράιπβαο, αιιά θαη πην κνληέξλσλ

ειαθξηψλ θξακάησλ, ζαλ απηά ηνπ αινπκηλίνπ, ζε θαηαζθεπέο δνκηθνχ θαη φρη κφλν

ραξαθηήξα. Μηα θαηεγνξία ζχλζεησλ πιηθψλ πνπ έρνπλ γλσξίζεη κεγάιε επηηπρία ζε

ηέηνηνπ είδνπο αληηθαηαζηάζεηο, είλαη ηα ζχλζεηα πιηθά πνιπκεξηθήο κήηξαο,

εληζρπκέλα κε ίλεο γπαιηνχ (GFRPs). Σα GFRP ζχλζεηα επηδεηθλχνπλ μερσξηζηέο

ηδηφηεηεο φπσο πςειφ εηδηθφ κέηξν ειαζηηθφηεηαο, πςειή εηδηθή αληνρή, κηθξφ

βάξνο, κεγάιε αληνρή ζε δηάβξσζε, θαιέο ειεθηξηθέο ηδηφηεηεο αλάινγα κε ηνλ ηχπν

ησλ ηλψλ θαη άιιεο αθφκα.

Πνιπάξηζκεο εξεπλεηηθέο κειέηεο έρνπλ γίλεη θαη ζηα GFRP ζχλζεηα, γηα ηελ

παξαηήξεζε ηεο ζπκπεξηθνξάο ηνπο ζε θξνχζε, αιιά θαη ησλ ελαπνκελνπζψλ


62

ηδηνηήησλ ηνπο κεηά απφ θξνχζε. Όπσο θαη ζηα CFRP ζχλζεηα, έηζη θαη εδψ

παξαηεξείηαη παξφκνηα ζπκπεξηθνξά ησλ GFRPs ζε θξνπζηηθή θαηαπφλεζε.

πλήζσο, απηά ηα ζχλζεηα, ζε ζπλζήθεο θξνχζεο ππνθέξνπλ απφ δηαηκεηηθέο

ξεγκαηψζεηο εζσηεξηθά ηεο κήηξαο, ζξαχζεηο ησλ ηλψλ γπαιηνχ, αιιά θαη

απνθνιιήζεηο ησλ ζηξψζεσλ πνπ παξεκβάιινληαη ελδηάκεζα δηαδνρηθψλ ηλψλ.

Δπίζεο νη ελαπνκέλνπζεο κεραληθέο ηδηφηεηεο ησλ ζπλζέησλ κε ίλεο γπαιηνχ,

παξνπζηάδνπλ ζεκαληηθή ππνβάζκηζε κεηά απφ θξνχζε, ιφγσ ηεο εζσηεξηθήο

βιάβεο πνπ δεκηνπξγείηαη ζην πιηθφ.

Παξά ηελ παξφκνηα ζπκπεξηθνξά ζε ζπλζήθεο θξνπζηηθήο θαηαπφλεζεο, πνπ

παξνπζηάδνπλ ηα CFRP θαη ηα GFRP ζχλζεηα, εληνπίδνληαη θαη θάπνηεο

αμηνζεκείσηεο δηαθνξέο κεηαμχ ηνπο. Ξεθηλψληαο απφ ηε θχζε ησλ ηλψλ, νη ίλεο

γπαιηνχ κπνξνχλ λα παξαιάβνπλ κεγαιχηεξε παξακφξθσζε ζε ζξαχζε, ζε πνζνζηφ

ηεο ηάμεσο πεξίπνπ ηνπ 3.2%, έλαληη ηνπ πνζνζηνχ 0.5-2.4% πνπ κπνξνχλ λα

παξαιάβνπλ νη ίλεο άλζξαθα. Γεληθά, ελψ ηα GFRP είλαη ζπλνιηθά ιηγφηεξν

αλζεθηηθά ζε ζρέζε κε ηα CFRP ζχλζεηα, αθφκα θαη ζε ρακειήο ελέξγεηαο

θξνπζηηθέο θαηαπνλήζεηο, κπνξνχλ φκσο λα δερηνχλ θξνχζεηο κε ελέξγεηεο κεγάιεο

έθηαζεο θαη δηαθχκαλζεο πξηλ θαηαξξεχζνπλ ζε ζνβαξφ βαζκφ.

Αμηνζεκείσηε δηαθνξά κπνξεί λα παξαηεξεζεί επίζεο ζηε ζπκπεξηθνξά

κεηαμχ CFRP θαη GFRP ζπλζέησλ, ζαξψλνληαο έλα εχξνο επηιεγκέλσλ ελεξγεηψλ

θξνχζεο. Η παξαηεξνχκελε δηάκεηξνο ηεο βιάβεο (damage diameter) πνπ

πξνθαιείηαη ζην δνθίκην, δελ απμάλεηαη ζε GFRP δνθίκηα, ηε ζηηγκή πνπ απμάλεη κε

αλακελφκελα ζε αληίζηνηρα CFRP δνθίκηα, θαζψο απμάλεηαη ε ελέξγεηα θξνχζεο.

Απηφ ζεκαίλεη πσο νη ίλεο γπαιηνχ είλαη ιηγφηεξν αλζεθηηθέο, αιιά πην ζηαζεξέο, απφ

ηηο ίλεο άλζξαθα, νη νπνίεο εθηφο απφ αλζεθηηθφηεξεο είλαη θαη ςαζπξφηεξεο, φηαλ ε

ελέξγεηα μεπεξλάεη κηα θξίζηκε ηηκή. [15, 30, 36-39]

Κεθάιαην 5 – Πεηξακαηηθή Γηαδηθαζία & Γηαηάμεηο

63

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

ΠΔΙΡΑΜΑΣΙΚΗ ΓΙΑΓΙΚΑΙΑ & ΓΙΑΣΑΞΔΙ

5.1 Γεληθά

Καηά ηε δηάξθεηα ηεο πεηξακαηηθήο δηαδηθαζίαο ζηελ παξνχζα κεηαπηπρηαθή

εξγαζία εηδίθεπζεο, κειεηήζεθε ε ζπκπεξηθνξά δχν πνιπκεξψλ θαη δχν

πνιπκεξηθψλ ζχλζεησλ πιηθψλ ζε ρακειήο ελέξγεηαο επαλαιακβαλφκελε θξνχζε,

γηα ηελ νπνία ιεπηνκέξεηεο ζα αθνινπζήζνπλ ζηε ζπλέρεηα ηνπ παξφληνο θεθαιαίνπ.

Μεηά ηελ επαλαιακβαλφκελε θξνπζηηθή θαηαπφλεζε, ηα δνθίκηα ππνβιήζεθαλ ζε

ζηαηηθά πεηξάκαηα θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ (3 point bending), γηα ηνλ ραξαθηεξηζκφ

ησλ ελαπνκελνπζψλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ ησλ πιηθψλ.

5.2 Σα πιηθά

Σα πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ γηα ηηο αλάγθεο ησλ πεηξακάησλ ήηαλ δχν

πνιπκεξή θαη δχν πνιπκεξηθά ζχλζεηα πιηθά. Σα πνιπκεξηθά δνθίκηα ήηαλ απφ

επνμεηδηθή ξεηίλε (EP – ζεξκνζθιεξπλφκελν πνιπκεξέο) θαη πνιπκεζαθξπιηθφ

κεζπιεζηέξα (PMMA – ζεξκνπιαζηηθφ πνιπκεξέο), ελψ ηα ζχλζεηα πιηθά ήηαλ

πνιπκεξηθήο κήηξαο, ην έλα εληζρπκέλν κε ίλεο άλζξαθα (CFRP) θαη ην άιιν κε ίλεο

γπαιηνχ (GFRP).

Σν ζχλζεην πιηθφ πνιπκεξηθήο κήηξαο, εληζρπκέλν κε ίλεο άλζξαθα πνπ

ρξεζηκνπνηήζεθε, είρε ηελ εκπνξηθή νλνκαζία Carbon-Epoxy HS 180 REM θαη ήηαλ


64

θαηαζθεπαζκέλν απφ ηελ εηαηξία SEAL Co, ηνπ νκίινπ SAATI GROUP. Σν ζχλζεην

παξαδφζεθε ππφ ηε κνξθή ηεηξάγσλσλ επίπεδσλ πιαθψλ, εκβαδνχ 1.44 m2. Οη

πιάθεο ήηαλ πνιχζηξσηεο, κε ηελ δηάηαμε ησλ ζηξψζεσλ ηνπ πιηθνχ λα είλαη

[0/90ν]2S. Γηα ηελ θαηαζθεπή ηεο πνιχζηξσηεο πιάθαο ρξεζηκνπνηήζεθαλ

πξνεκπνηηζκέλα θχιια επνμεηδηθήο ξεηίλεο (pre-preg), εληζρπκέλα θαηά ηε κία

δηεχζπλζε, κε ζπλερείο ίλεο άλζξαθα TEXIPREG® HS 180 REM πεξηεθηηθφηεηαο

63 % ± 3 % θαηά φγθν. Οη πνιχζηξσηεο πιάθεο θαηαζθεπάζηεθαλ κε ηελ ηερληθή ηεο

επίζηξσζεο κε ην ρέξη (hand lay-up) θαη ζηε ζπλέρεηα ππνβιήζεθαλ ζε ζεξκηθή

θαηεξγαζία πνιπκεξηζκνχ ζε απηφθιεηζην θνχξλν (autoclave). Η κνξθή ηεο

δηάηαμεο ησλ ζηξψζεσλ ηνπ πνιχζηξσηνπ πιηθνχ, θαίλεηαη ζηελ Δηθφλα 5.1.

Εηθόλα 5.1 Γηάηαμε ζηξψζεσλ ηεο πνιχζηξσηεο πιάθαο Carbon-Epoxy HS 180 REM.


65

Σν ζχλζεην πιηθφ πνιπκεξηθήο κήηξαο, εληζρπκέλν κε ίλεο γπαιηνχ, πνπ

ρξεζηκνπνηήζεθε θαηά ηε δηάξθεηα ησλ πεηξακάησλ, είρε ηελ εκπνξηθή νλνκαζία

Glass-Epoxy EE300/ET 441 θαη ήηαλ θαηαζθεπαζκέλν, φπσο θαη ην Carbon-Epoxy

ζχλζεην, απφ ηελ εηαηξία SEAL Co. Γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ, ζα βάζε

ρξεζηκνπνηήζεθε ην πξνπαξαζθεπαζκέλν θχιιν TEXIPREG® ΔΔ300/ΔΣ441, ην

νπνίν είλαη εληζρπκέλν κε χθαζκα ηλψλ γπαιηνχ, ηχπνπ E-Glass Fabric. Η

πεξηεθηηθφηεηα θαηά βάξνο ησλ ηλψλ ζην ζχλζεην είλαη 57 % θαη‟ φγθν. Σν κεηξηθφ

πιηθφ ηνπ ζπλζέηνπ ήηαλ απφ επνμεηδηθή ξεηίλε κε ηελ εκπνξηθή νλνκαζία ΔΣ441

SEAL Co. Σν ηειηθφ ζχλζεην πιηθφ απνηειείηαη απφ 8 ζηξψζεηο

πξνπαξαζθεπαζκέλνπ θχιινπ θαη ε κνξθή ηεο πιέμεο 8H Satin ηνπ ζχλζεηνπ πιηθνχ

απεηθνλίδεηαη ζηελ Δηθφλα 5.2α, ελψ ζηελ Δηθφλα 5.2β θαίλεηαη ε δηάηαμε ησλ ηλψλ

ηεο ζπγθεθξηκέλεο πιέμεο. Σν ζχλζεην κε ίλεο γπαιηνχ θαηαζθεπάζηεθε κε ηε

ηερληθή ζπκπίεζεο (compression molding) θαη θαηά ηε δηαδηθαζία ηνπ πνιπκεξηζκνχ

ηεο επνμεηδηθήο ξεηίλεο, ε πιάθα νπνίνπ παξέκεηλε ζηνπο 125 oC γηα 60 ιεπηά, ππφ

ζπλζήθεο πίεζεο 5 bar.

Εηθόλα 5.2α Μνξθή ηεο πιέμεο 8H Satin ηνπ ζπλζέηνπ Glass-Epoxy EE300/ET441.

Εηθόλα 5.2β Γηάηαμε ηλψλ γπαιηνχ ζηελ πιέμε 8H satin.


66

Πεξλψληαο ζηα πνιπκεξή πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ ζηελ πεηξακαηηθή

δηαδηθαζία, ν πνιπκεζαθξπιηθφο κεζπιεζηέξαο (PMMA) ή αιιηψο Plexiglas, φπσο

είλαη ε εκπνξηθή ηνπ νλνκαζία, πξνκεζεχηεθε ππφ ηε κνξθή δηαθαλψλ πιαθψλ,

εκβαδνχ 0.5 mm2 θαη πάρνπο 5 mm, ελψ ηα δνθίκηα ηεο επνμεηδηθήο ξεηίλεο

παξαζθεπάζηεθαλ ζην ρψξν ηνπ εξγαζηεξίνπ κε ηε δηαδηθαζία πνπ ζα πεξηγξαθεί

παξαθάησ.

5.3 Παξαζθεπή θαη πξνεηνηκαζία δνθηκίσλ

Γηα ηελ παξαζθεπή ησλ δνθηκίσλ επνμεηδηθήο ξεηίλεο ρξεζηκνπνηήζεθε

πξνπνιπκεξέο επνμεηδηθήο ξεηίλεο κε ηελ εκπνξηθή νλνκαζία RENLAM CY 219 θαη

ν ζπκβαηφο σο πξνο ηε ξεηίλε ζθιεξπληήο, κε ηελ νλνκαζία REN HY 5161 ηεο

εηαηξίαο Huntsman. ηνπο Πίλαθεο 5.1 θαη 5.2 κπνξνχκε λα δνχκε θάπνηα ζεκαληηθά

ραξαθηεξηζηηθά ησλ επηκέξνπο ζπζηαηηθψλ.

Πίλαθαο 5.2 Υαξαθηεξηζηηθά πξνπνιπκεξνχο ξεηίλεο Renlam CY 219.

RENLAM CY 219

Μνξθή Τγξή

Υξώκα Γηάθαλν

Μέζν κνξηαθό βάξνο <700

Ππθλόηεηα (ζηνπο 25νC) 1,16 (gr/cm

3)

Ιμώδεο (ζηνπο 25νC) 10000-20000 (mPa)

Θεξκνθξαζία ζεξκηθήο απνζύλζεζεο >200oC


67

Πίλαθαο 5.2 Υαξαθηεξηζηηθά ζθιεξπληή Renlam HY 5161.

RENLAM HY 5161

Μνξθή Τγξή

Υξώκα Κίηξηλν

Ππθλόηεηα (ζηνπο 25νC) 1,1 (gr/cm

3)

Ιμώδεο (ζηνπο 25νC) 30-70 (mPa)

Πξηλ ηελ παξαζθεπή ησλ δνθηκίσλ πξνεγήζεθε ε πξνεηνηκαζία ησλ

θαινππηψλ, πνπ ζηελ παξνχζα εξγαζία ήηαλ θιεηζηνχ ηχπνπ, φπσο θαίλεηαη ζηελ

Δηθφλα 5.3. Οη πάλσ θαη θάησ φςεηο ηνπ θαινππηνχ ήηαλ γπάιηλεο θαη είραλ ε

θαζεκία δηαζηάζεηο 230 x 130 x 4 mm. Αλάκεζα ζηηο δχν γπάιηλεο φςεηο

ηνπνζεηήζεθαλ περάθηα απφ Plexiglas, δηαζηάζεσλ 100 x 15 x 3 mm θαη 230 x 15 x 3

mm, ηα νπνία νξηνζέηεζαλ θαη ηηο δηαζηάζεηο ηεο πιάθαο ηνπ ζχλζεηνπ πιηθνχ, απφ

ηελ νπνία ζα πξνέθπςαλ ηα ππφ εμέηαζε δνθίκηα, νη νπνίεο ήηαλ 200 x 100 x 3 mm.

Ξεθηλψληαο ηελ πξνεηνηκαζία ηνπ θαινππηνχ, θαζαξίζηεθαλ πξνζεθηηθά νη

επηθάλεηέο ηνπ, κηαο θαη δελ ήηαλ επηζπκεηή ε χπαξμε αθαζαξζηψλ ή ινηπψλ μέλσλ

ζσκάησλ ζε απηφ ην ζεκείν, ηα νπνία ζηε ζπλέρεηα ζα ελζσκαησζνχλ ζηελ

επηθάλεηα ηνπ ηειηθνχ δνθηκίνπ, κε απνηέιεζκα λα επεξεάζνπλ ηε θχζε ηεο. Έηζη

αθνχ απνκαθξχλζεθαλ, κε ηε βνήζεηα κεηαιιηθήο ζπάηνπιαο, ινηπά ηέηνηα ζψκαηα

θαη θαηφπηλ ην θαινχπη θαζαξίζηεθε κε αθεηφλε, έγηλε επάιεηςε φισλ ησλ

επηθαλεηψλ ησλ θνκκαηηψλ απφ Plexiglas, θαζψο θαη ζηηο αληίζηνηρεο εζσηεξηθέο ησλ

γπάιηλσλ φςεσλ ηνπ θαινππηνχ, κε απνθνιιεηηθφ θεξί RENLEASE QV 5110, έηζη

ψζηε λα γίλεη δπλαηή ε εχθνιε απνθφιιεζε ηνπ ηειηθνχ δνθηκίνπ απφ ηα ηνηρψκαηα

ηνπ θαινππηνχ, κεηά ην πέξαο ηεο παξαζθεπήο. Σειεηψλνληαο κε ηελ πξνεηνηκαζία

ηνπ θαινππηνχ, απηφ ζπλαξκνινγήζεθε φπσο θαίλεηαη θαη ζηελ Δηθφλα 5.3 θαη ηα

επηκέξνπο θνκκάηηα ηνπ ζπγθξαηνχληαη κε ηε βνήζεηα κεηαιιηθψλ ζπλδεηήξσλ

(clips). Ύζηεξα αθνινπζεί ν ππνινγηζκφο ησλ πνζνηήησλ ησλ ζπζηαηηθψλ ηνπ

κίγκαηνο, δειαδή ηνπ πξνπνιπκεξνχο, θαη ηνπ ζθιεξπληή. Η αλαινγία ησλ


68

ζπζηαηηθψλ ήηαλ 40 PHR (parts per hundred parts of resin), δειαδή πξνζηίζεληαη 40

γξακκάξηα ζθιεξπληή ζε 100 γξακκάξηα ξεηίλεο, κε απνηέιεζκα ην ηειηθφ κίγκα λα

έρεη βάξνο 140 γξακκάξηα.

Εηθόλα 5.3 Περάθηα (αξηζηεξά), γπάιηλε φςε θαινππηνχ (θέληξν) θαη θαινχπη θιεηζηφ (δεμηά).

Μεηά ην ζηάδην ηνπ ππνινγηζκνχ ησλ ζσζηψλ πνζνηήησλ ησλ ζπζηαηηθψλ

ηνπ κίγκαηνο, πξνζηίζεηαη ζην δνρείν κε ην πξνπνιπκεξέο ηεο ξεηίλεο, ε

πξνβιεπφκελε πνζφηεηα ηεο ακίλεο, ε νπνία παίδεη ην ξφιν ηνπ ζθιεξπληή θαη απηφ

αλαδεχεηαη κε ζηαζεξφ ξπζκφ γηα 1.5 ιεπηά. Δμαηηίαο ηεο αλάδεπζεο,

δεκηνπξγνχληαη θπζαιίδεο αέξα ζην εζσηεξηθφ ηνπ κίγκαηνο, νη νπνίεο είλαη πνιχ

ζεκαληηθφ λα απνκαθξπλζνχλ κηαο θαη απνηεινχλ ζεκεία ζπγθέληξσζεο ηάζεσλ θαη

ππάξρεη κεγάιε πηζαλφηεηα λα πξνθαιέζνπλ ππνβάζκηζε ησλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ

ηνπ ζχλζεηνπ πιηθνχ ή αθφκα θαη αζηνρία ηνπ. Γη‟ απηφ ην ιφγν, κεηά ην πέξαο ηεο

αλάδεπζεο, ην κίγκα ηνπνζεηείηαη ζε ζάιακν θελνχ, γηα πεξίπνπ 6 ιεπηά (Δηθφλα

5.4).


69

Εηθόλα 5.4 Θάιακνο θελνχ.

Μεηά ην ηέινο ηεο δηαδηθαζίαο ηεο απαέξσζεο, ην δνρείν κε ην κίγκα βγαίλεη

απφ ην ζάιακν θελνχ θαη εγρέεηαη κέζα ζην θαινχπη, ην νπνίν θαη ζθξαγίδεη κε ηνπο

κεηαιιηθνχο ζπλδεηήξεο, γηα λα κελ ππάξρεη δηαξξνή πιηθνχ, κέρξη απηφ λα αξρίζεη

λα ζηεξενπνηείηαη. ηε ζπλέρεηα ην θαινχπη κπαίλεη ζην θνχξλν ED 53, ηεο εηαηξίαο

Binder (Δηθφλεο 5.5α θαη 5.5β), φπνπ θαη παξακέλεη γηα 24 ψξεο, ζηνπο 50 oC, έηζη

ψζηε λα πνιπκεξηζηεί πιήξσο (δηαδηθαζία curing).

Εηθόλα 5.5 α) Φνχξλνο Binder, β) εζσηεξηθφ θνχξλνπ.


70

Μφιηο νινθιεξσζεί ε δηαδηθαζία ηνπ πνιπκεξηζκνχ, ην θαινχπη βγαίλεη απφ

ην θνχξλν θαη αθήλεηαη ζε ζεξκνθξαζία δσκαηίνπ, κέρξη λα θξπψζεη πιήξσο.

Έπεηηα ην θαινχπη απνζπλαξκνινγείηαη θαη αθαηξείηαη ε πιάθα ηνπ πνιπκεξνχο απφ

ην εζσηεξηθφ ηνπ. ηελ Δηθφλα 5.6 (πάλσ αξηζηεξά), κπνξνχκε λα δνχκε κία πιάθα

επνμεηδηθήο ξεηίλεο, φπσο πξνθχπηεη κεηά ηε δηαδηθαζία πνιπκεξηζκνχ θαη πξηλ

αθνινπζήζεη ε θνπή ησλ δνθηκίσλ γηα ηα πεηξάκαηα θξνχζεο θαη θάκςεο ηξηψλ

ζεκείσλ πνπ ζα πεξηγξαθνχλ παξαθάησ. Δπίζεο ζηελ Δηθφλα 5.6 θαίλνληαη πιάθεο

απφ PMMA (πάλσ δεμηά), CFRP (θάησ αξηζηεξά) θαη GFRP (θάησ δεμηά).

Εηθόλα 5.6 Πιάθεο α) EP, β) PMMA, γ) CFRP θαη δ) GFRP.

α β

γ δ


71

Η θνπή ησλ δνθηκίσλ θξνχζεο έγηλε ζε πξηνλνθνξδέια ηεο εηαηξίαο Bulle

(Δηθφλα 5.7), θαη νη δηαζηάζεηο απηψλ είλαη 150 x 100 x 3 mm γηα ηα δνθίκηα

θξνχζεο θαη 100 x 12.8 x 3 mm γηα ηα δνθίκηα ηεο θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ. Σα

δνθίκηα ηνπ PMMA θαη ησλ CFRP θαη GFRP θνπήθαλ κε ηε βνήζεηα θνπηηθνχ

ζπζηήκαηνο πγξήο θνπήο κε δηακαληνηξνρφ RUBI DIAMANT DW-200-L (Δηθφλα

5.8), κε δηαζηάζεηο κήθνπο 75 mm θαη πιάηνπο 12.7 mm. Μεηά ηελ θνπή

αθνινχζεζε ιείαλζε ησλ άθξσλ ησλ δνθηκίσλ, γηα λα κελ ππάξρνπλ αλνκνηνκνξθίεο

ζηελ πεξηνρή θαη ζηε ζπλέρεηα ηα δνθίκηα αξηζκήζεθαλ.

5.4 Πεηξάκαηα θξνύζεο πξνζπίπηνληνο ζώκαηνο

Καηά ηε δηάξθεηα ησλ πεηξακάησλ επαλαιακβαλφκελεο θξνπζηηθήο

θαηαπφλεζεο, ρξεζηκνπνηήζεθαλ δχν πεηξακαηηθέο δηαηάμεηο πξνζπίπηνληνο

ζψκαηνο, νη νπνίεο ζα πεξηγξαθνχλ ζηε ζπλέρεηα αλαιπηηθά. ηελ Δηθφλα 5.9

θαίλνληαη νη βαζηθέο δηαθνξέο αλάκεζα ζηηο δχν δηαηάμεηο. Δίλαη εχθνιν ινηπφλ λα

παξαηεξεζεί πσο νη βαζηθέο δηαθνξέο αλάκεζα ζηηο δχν δηαηάμεηο είλαη πσο ζηελ

πξψηε, ην δνθίκην θξνχζεο έρεη ηε κνξθή πιάθαο θαη είλαη παθησκέλν ζηε βάζε

έδξαζεο πεξηθεξεηαθά, ελψ ζηε δεχηεξε δηάηαμε ην δνθίκην έρεη ηε κνξθή δνθνχ θαη

Εηθόλα 5.7 Πξηνλνηαηλία Bulle. Εηθόλα 5.8 Γηακαληνηξνρφο RUBI

DIAMANT DW-200-L.


72

είλαη παθησκέλν ζηηο δχν άθξεο ηνπ. Η θξνπζηηθή θφξηηζε θαη ζηηο δχν δηαηάμεηο

εθαξκφδεηαη ζην θέληξν ησλ δνθηκίσλ.

Εηθόλα 5.9 Γηαηάμεηο θξνχζεο πξνζπίπηνληνο ζψκαηνο, πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ ζηελ πεηξακαηηθή

δηαδηθαζία.

Σα δνθίκηα ηεο επνμεηδηθήο ξεηίλεο είραλ ηε κνξθή πιάθαο θαη

ρξεζηκνπνηήζεθε ε πξψηε δηάηαμε θξνχζεο ηεο Δηθφλαο 5.9, ελψ ηα ππφινηπα

δνθίκηα είραλ ηε κνξθή δνθνχ θαη θαηαπνλήζεθαλ θξνπζηηθά ζηε δεχηεξε δηάηαμε.

Η δηάηαμε κε ηε κνξθή δνθνχ έρεη δχν ζεκαληηθά πιενλεθηήκαηα, έλαληη ηεο

δηάηαμεο φπνπ ην δνθίκην έρεη ηε κνξθή πιάθαο. Πξψην πιενλέθηεκα είλαη πσο απφ

άπνςεο θφζηνπο, νη δνθηκέο ζε κηα ηέηνηα δηάηαμε είλαη πην ζπκθέξνπζεο

νηθνλνκηθά, κηαο θαη ηα δνθίκηα έρνπλ κηθξφηεξν ζρήκα, κε απνηέιεζκα κε ηελ ίδηα

πνζφηεηα πιηθνχ λα ππάξρεη ε δπλαηφηεηα δηεμαγσγήο κεγαιχηεξνπ αξηζκνχ

δνθηκψλ. Γεχηεξν πιενλέθηεκα θαη εμίζνπ ζεκαληηθφ, είλαη πσο κε ηε δηάηαμε ηεο

δνθνχ κπνξνχκε λα ιάβνπκε πιεξνθνξίεο γηα ηνλ ηξφπν βιάβεο ή αζηνρίαο ηνπ

πιηθνχ, κέζσ ηεο νπηηθήο παξαηήξεζεο ηεο πιάγηαο φςεο ηνπ δνθηκίνπ, ε νπνία

βξίζθεηαη πην θνληά ζηελ πεξηνρή βιάβεο, ζε ζρέζε κε ηα δνθίκηα ππφ ηε κνξθή

πιάθαο. Έηζη ζηε ζπγθεθξηκέλε πεξίπησζε, πνπ δνθηκάδνληαη ζχλζεηα πιηθά, δίλεηαη

ε δπλαηφηεηα πξνζδηνξηζκνχ ηνπ ηξφπνπ βιάβεο, αιιά θαη παξαηήξεζεο ησλ

κεραληζκψλ βιάβεο ζην εζσηεξηθφ ηνπ πιηθνχ.


73

5.4.1 Πεηξακαηηθή δηάηαμε θξνύζεο ζε δνθίκηα κε κνξθή πιάθαο

Δίλαη γλσζηφ φηη σο θξνχζε ρακειήο ηαρχηεηαο νξίδεηαη ε θξνχζε θαηά ηελ

νπνία έλα ζψκα πξνζθξνχεη ζε έλαλ αθίλεην ζηφρν κε ηαρχηεηα κηθξφηεξε ησλ 20

m/s. Γηα ην ιφγν απηφ, ε θαηαζθεπή κίαο πεηξακαηηθήο δηάηαμεο πνπ πξννξίδεηαη γηα

ηέηνηνπ είδνπο πεηξάκαηα ζα πξέπεη πξψηα απφ φια λα πιεξεί απηήλ ηε βαζηθή

πξνυπφζεζε. Έηζη ινηπφλ, θαηά ηνλ ζρεδηαζκφ ηεο πεηξακαηηθήο δηάηαμεο, φπνπ

έγηλαλ ηα πεηξάκαηα θξνχζεο ηεο επνμεηδηθήο ξεηίλεο, επηιέρηεθε ην κέγηζην χςνο

πηψζεο ηνπ ζψκαηνο λα είλαη ίζν κε 1500 mm, γεγνλφο πνπ ζεκαίλεη φηη αλ νη

απψιεηεο ιφγσ ηεο αληίζηαζεο ηνπ αέξα θαη ηεο ηξηβήο είλαη ακειεηέεο, ηφηε ε

κέγηζηε ηαρχηεηα πξφζθξνπζεο ζα είλαη ίζε κε 5.43 m/s. Δπηπξφζζεηα, ε επηινγή ηνπ

παξαπάλσ κέγηζηνπ χςνπο πηψζεο επηηξέπεη κία πξνζηηή θαηαζθεπαζηηθά ιχζε

ζηήξημεο ρσξίο πεξίπινθνπο κεραληζκνχο αληηζηήξημεο αιιά θαη ηελ εχθνιε

πξφζβαζε ζηε πεηξακαηηθή δηάηαμε φηαλ απηή είλαη πιένλ έηνηκε πξνο ιεηηνπξγία.

Ο βαζηθφο ζθειεηφο ηεο πεηξακαηηθήο ζπζθεπήο θαίλεηαη ζηελ Δηθφλα 5.10.

Σν θαηαθφξπθν ηκήκα έρεη ζπλνιηθφ χςνο 1600 mm ελψ ε βάζε έρεη δηαζηάζεηο

600x525x20 mm. Όια ηα ηκήκαηα πνπ απαξηίδνπλ ηνλ ζθειεηφ ηεο πεηξακαηηθήο

δηάηαμεο είλαη θαηαζθεπαζκέλα απφ θνηλφ ράιπβα θαηαζθεπψλ St 37. ηελ Δηθφλα

5.11 θαίλεηαη κία ηζνκεηξηθή φςε ηεο βάζεο καδί κε ην κεραληζκφ ζηήξημεο ηνπ

δνθηκίνπ. Θα πξέπεη ζε απηφ ην ζεκείν λα ζεκεησζεί φηη ζε έλα πείξακα θξνχζεο

πνιχ ζεκαληηθφ ξφιν παίδνπλ νη ζπλνξηαθέο ζπλζήθεο πνπ εθαξκφδνληαη ζην

εμεηαδφκελν δνθίκην. Πξνθεηκέλνπ λα ππάξρεη κηα επειημία, φζνλ αθνξά ζηηο

ζπλνξηαθέο ζπλζήθεο πνπ εθαξκφδνληαη ζε θάζε δνθίκην, ζην θέληξν ηεο βάζεο

θαηαζθεπάζηεθε έλα παξάζπξν δηαζηάζεσλ 155x105 mm. Με απηφ ηνλ ηξφπν

εμαζθαιίδεηαη ηφζν ε απιή ζηήξημε ελφο δνθηκίνπ δηαζηάζεσλ 150x100 mm φζν θαη

ε πεξηκεηξηθή πάθησζή ηνπ, θαζψο θαη ε θπθιηθή πάθησζε φπσο αθξηβψο θαίλεηαη

θαη ζηελ Δηθφλα 5.11 θαηά ην πξφηππν ASTM D5628-96. Γηα ηελ πεξίπησζε ηεο

θπθιηθήο πάθησζεο ζα πξέπεη λα πξνζζέζνπκε φηη ζχκθσλα κε ην πξφηππν ASTM

D5628-96 ε νπή έρεη δηαζηάζεηο 40 mm ( 1mm).


74

Εηθόλα 5.10 Βαζηθφο ζθειεηφο πεηξακαηηθήο δηάηαμεο, θξνχζεο πξνζπίπηνληνο ζψκαηνο.


75

Εηθόλα 5.11 ηήξημε ηνπ δνθηκίνπ ζηελ βάζε ηεο πεηξακαηηθήο δηάηαμεο.

Γηα ηελ θίλεζε ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο επηιέρηεθαλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ

ηππνπνηεκέλνη νδεγνί γξακκηθήο θίλεζεο, πξνθεηκέλνπ λα εμαζθαιηζηεί κία φζν ην

δπλαηφλ νκαιφηεξε θίλεζε, ε νπνία δελ ζα απέρεη πνιχ απφ ηελ ειεχζεξε πηψζε. Οη

νδεγνί γξακκηθήο θίλεζεο (Δηθφλα 5.12) πνπ είλαη θαηαζθεπαζκέλνη απφ αινπκίλην,

ηνπνζεηήζεθαλ αληηθξηζηά θαη θέξνπλ ν θαζέλαο απφ δχν αλνμείδσηνπο αηζάιηλνπο

άμνλεο πάλσ ζηνπο νπνίνπο θηλείηαη ην θξνπζηηθφ ζψκα. Οη δηαζηάζεηο ηνπο έρνπλ

επηιεγεί έηζη ψζηε λα πξνζαξκφδνληαη κε κεγάιε αθξίβεηα επί ηνπ ζθειεηνχ ηεο

πεηξακαηηθήο δηάηαμεο. Σν θξνπζηηθφ ζψκα απνηειείηαη απφ δχν θαηαθφξπθεο

ηξάπεδεο, νη νπνίεο ζπλδένληαη κε έλα νξηδφληην αινπκηλέλην ζηέιερνο. Πάλσ ζηηο

ηξάπεδεο βξίζθνληαη νθηψ ζπλνιηθά έδξαλα θχιηζεο ηα νπνία είλαη ζε απφιπηε

επαθή κε ηνπο νδεγνχο θαη κε απηφλ ηνλ ηξφπν θηλνχλ ην ζψκα ζηελ θαηαθφξπθε

δηεχζπλζε. Η θξνχζε πξνθαιείηαη απφ ηελ άθξε ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο, ε νπνία

έρεη επηιεγεί ζχκθσλα κε ην πξφηππν ASTM D5628-96 λα είλαη ζθαηξηθή, κε

δηάκεηξν 12.7 mm. Μεηαμχ ηεο άθξεο θαη ηνπ ππνινίπνπ ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο

παξεκβάιιεηαη έλαο αηζζεηήξαο δχλακεο, γηα ηε κέηξεζε ηεο δχλακεο επαθήο θαηά

ηελ δηάξθεηα ηεο θξνχζεο. Σν ζπλνιηθφ βάξνο ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο είλαη 1278

gr.


76

Εηθόλα 5.12 Κξνπζηηθφ ζψκα θαη νδεγνί γξακκηθήο θίλεζεο.


77

Εηθόλα 5.13 Μεραληζκφο ζηήξημεο ηνπ κεηξεηηθνχ ηεο ηαρχηεηαο.

ηε βάζε ηεο πεηξακαηηθήο δηάηαμεο πξνζαξκφδεηαη έλαο κεραληζκφο

ζηήξημεο ηνπ κεηξεηηθνχ ζπζηήκαηνο ηεο ηαρχηεηαο θξνχζεο, φπσο θαίλεηαη ζηελ

Δηθφλα 5.13. Γηα ηελ κέηξεζε ηεο ηαρχηεηαο θξνχζεο θαη ηεο ηαρχηεηαο αλαπήδεζεο

ρξεζηκνπνηήζεθαλ δχν θσηνεπαίζζεηεο δίνδνη, νη νπνίεο ηνπνζεηήζεθαλ ε κία

απέλαληη απφ ηελ άιιε κε θαηάιιειν ζχζηεκα ζηήξημεο. Η αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπ

κεηξεηηθνχ ζπζηήκαηνο είλαη αξθεηά απιή. Όηαλ ν δέθηεο ιακβάλεη ην ζήκα απφ ηνλ

πνκπφ πνπ εθπέκπεη ζηελ πεξηνρή ηνπ ππέξπζξνπ, ιεηηνπξγεί ζαλ θιεηζηφο

δηαθφπηεο, ελψ φηαλ δελ ιακβάλεη ζήκα, ιεηηνπξγεί ζαλ αλνηρηφο δηαθφπηεο. Με

βάζε απηή ηελ απιή ινγηθή δεκηνπξγήζεθε ε θαηάιιειε ζπλδεζκνινγία, ψζηε ν

δέθηεο λα ιακβάλεη ζπλέρεηα ζήκα απφ ηνλ πνκπφ θαη λα θαηαγξάθεηαη ε ηάζε ζηα

άθξα κίαο απιήο κπαηαξίαο 1.5 Volt. Μφιηο ην θξνπζηηθφ ζψκα πεξάζεη απφ ην

ζεκείν φπνπ είλαη αλαξηεκέλν ην κεηξεηηθφ ζχζηεκα, έλα έιαζκα πιάηνπο 6.15 mm

θφβεη ηε δέζκε, κε απνηέιεζκα ν δέθηεο λα κεηαπέζεη ζηελ θαηάζηαζε ηνπ αλνηρηνχ

δηαθφπηε θαη ε ηάζε λα κεδεληζηεί. Όηαλ ην έιαζκα πεξάζεη νιφθιεξν απφ ηε

δέζκε, ηφηε θαη πάιη ν δέθηεο ιακβάλεη ζήκα απφ ηνλ πνκπφ θαη ε ηάζε γίλεηαη ίζε

κε ηελ ηάζε ζηα άθξα ηεο κπαηαξίαο. Ο ρξφλνο πνπ απαηηείηαη γηα λα δηαλχζεη ην

θξνπζηηθφ ζψκα δηάζηεκα ίζν κε 6.15 mm ηζνδπλακεί κε ην ρξφλν πνπ ε ηάζε είλαη

ίζε κε κεδέλ θαη κπνξεί εχθνια λα κεηξεζεί, ψζηε λα ππνινγηζηεί ε ηαρχηεηα ηνπ

ζψκαηνο.


78

Πξνθεηκέλνπ λα απνθεπρζεί ε αλαπήδεζε ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο, κεηά ηελ

πξψηε θξνχζε πνπ ζα είρε ζαλ απνηέιεζκα ηε δεκηνπξγία επηπιένλ βιάβεο ζην

εμεηαδφκελν δνθίκην, θαηαζθεπάζηεθε έλα ζχζηεκα ζπγθξάηεζεο ηνπ θξνπζηηθνχ

ζψκαηνο, ακέζσο κεηά ηελ θξνχζε. Πξφθεηηαη γηα έλαλ ειεθηξνκαγλήηε ηνπ νπνίνπ

ν νπιηζκφο είλαη ζπλδεδεκέλνο κέζσ ελφο εχθακπηνπ ζχξκαηνο κε ην θξνπζηηθφ

ζψκα. Όηαλ ην πελίν ηνπ ειεθηξνκαγλήηε δελ δηαξξέεηαη απφ ξεχκα θαη ν νπιηζκφο

ηνπ βξίζθεηαη ζε πιήξε έθηαζε, ην κήθνο ηνπ εχθακπηνπ ζχξκαηνο είλαη αξθεηφ

ψζηε λα επηηξέπεη ζην θξνπζηηθφ ζψκα λα θηλεζεί ειεχζεξα θαη λα ρηππήζεη ηνλ

ζηφρν ηνπ. Μφιηο γίλεη ε θξνχζε, έλα θαηάιιεια ηνπνζεηεκέλν κηθξφθσλν ιακβάλεη

ην ερεηηθφ ζήκα πνπ παξάγεηαη θαη έλα ειεθηξνληθφ θχθισκα πνπ αθνινπζεί

αλαιακβάλεη λα ηξνθνδνηήζεη κε ειεθηξηθφ ξεχκα ην πελίν ηνπ ειεθηξνκαγλήηε.

Ακέζσο ν νπιηζκφο ηνπ ειεθηξνκαγλήηε απφ ηελ πιήξε έθηαζε πνπ βξίζθεηαη,

ηξαβηέηαη κε απνηέιεζκα ην κήθνο ηνπ εχθακπηνπ ζχξκαηνο λα ειαηησζεί. Με

απηφλ ηνλ ηξφπν ην θξνπζηηθφ ζψκα ζπγθξαηείηαη ζε ηθαλή πιένλ απφζηαζε απφ ην

δνθίκην, ψζηε λα κελ ππάξμεη θαη δεχηεξε επαθή. Μία ζρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηεο

ιεηηνπξγίαο ηνπ παξαπάλσ κεραληζκνχ θαίλεηαη ζηελ Δηθφλα 5.14.

Εηθόλα 5.14 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηνπ κεραληζκνχ παξεκπφδηζεο ηεο αλαπήδεζεο.


79

ηηο Δηθφλεο 5.15, 5.16 θαη 5.17 θαίλνληαη θάπνηεο πξαγκαηηθέο θσηνγξαθίεο

ηφζν ηεο κεραλήο θξνχζεο, φζν θαη ησλ επηκέξνπο κεραληζκψλ πνπ ηελ απαξηίδνπλ.

Εηθόλα 5.15 Μεραλή θξνχζεο πξνζπίπηνληνο ζψκαηνο.

Εηθόλα 5.16 Κξνπζηηθφ ζψκα θαη αηζζεηήξηα φξγαλα.


80

Εηθόλα 5.17 Μεραληζκφο παξεκπφδηζεο ηεο αλαπήδεζεο.

Γηα ηε δηεμαγσγή ησλ πεηξακάησλ θξνχζεο, ηα ειεθηξνληθά ηκήκαηα ηεο

κεραλήο ζα πξέπεη λα βξίζθνληαη ζε ιεηηνπξγία πεξηζζφηεξν απφ κία ψξα πξηλ ηελ

πξψηε κέηξεζε, πξνθεηκέλνπ λα επηηπγράλεηαη ε κέγηζηε απφδνζή ηνπο. Όηαλ φια

είλαη πιένλ έηνηκα, ηα εμεηαδφκελα δνθίκηα πξνζδέλνληαη ζηνλ κεραληζκφ ζηήξημεο.

Σν πξνζπίπηνλ ζψκα αθήλεηαη ρεηξνθίλεηα απφ ην επηιεγκέλν χςνο, ησλ 10 cm (ε

δπλακηθή ελέξγεηα ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο απφ απηφ ην χςνο, αληηζηνηρεί ζε

ελέξγεηα θξνχζεο 1.25 Joule) θαη ακέζσο κεηά ηελ θξνχζε αθηλεηνπνηείηαη κέζσ ηνπ

κεραληζκνχ πνπ ήδε έρεη πεξηγξαθεί. Η ιήςε ησλ δεδνκέλσλ γίλεηαη απφ εηδηθφ

ινγηζκηθφ, είλαη εληειψο απηνκαηνπνηεκέλε θαη ελεξγνπνηείηαη κε ην πάηεκα ελφο

θνπκπηνχ.

Με ηελ νινθιήξσζε ησλ πεηξακάησλ θξνχζεο μεθηλάεη ε επεμεξγαζία ησλ

δεδνκέλσλ. Σα δεδνκέλα αθνξνχλ κεηξήζεηο ηεο δχλακεο επαθήο θαηά ηε δηάξθεηα

ηνπ θξνπζηηθνχ θαηλνκέλνπ θαη κεηξήζεηο ηεο ηαρχηεηαο θξνχζεο, αλαπήδεζεο. Πην

ζπγθεθξηκέλα, ζηελ Δηθφλα 5.18 θαίλεηαη κία ραξαθηεξηζηηθή θακπχιε δχλακεο –

ρξφλνπ, φπσο ιακβάλεηαη απφ ην πείξακα. Απφ ηελ θακπχιε δχλακεο – ρξφλνπ

κπνξνχλ λα πξνζδηνξηζηνχλ κεγέζε φπσο ε κέγηζηε δχλακε θξνχζεο, ε δηάξθεηα ηνπ

θξνπζηηθνχ θαηλνκέλνπ θαη ν ρξφλνο κέρξη λα επηηεπρζεί ε κέγηζηε δχλακε.

Δπηπιένλ, είλαη δπλαηφ λα γίλεη ν ραξαθηεξηζκφο ηεο απφθξηζεο ηνπ πιηθνχ. Η

θακπχιε F – t δίλεη πιεξνθνξίεο γηα ην εάλ ε θξνχζε είλαη θαζαξά ειαζηηθή ή αλ

έρεη επηθέξεη θάπνην είδνο βιάβεο ζην εμεηαδφκελν δνθίκην.


81

Εηθόλα 5.18 Υαξαθηεξηζηηθή θακπχιε δχλακεο ρξφλνπ ζε θξνχζε.

Ο ππνινγηζκφο ησλ ηαρπηήησλ θξνχζεο θαη αλάθξνπζεο γίλεηαη κε ηελ

κεζνδνινγία πνπ πεξηγξάθεηαη ζηελ Δηθφλα 5.19. Με ιίγα ιφγηα, απφ ηελ έλδεημε

ησλ θσηνθπηηάξσλ ππνινγίδνληαη νη ρξφλνη θαηά ηνπο νπνίνπο ν δέθηεο είλαη

ζθνηεηλφο θαη κε απιέο αιγεβξηθέο πξάμεηο πξνζδηνξίδνληαη νη δχν ηαρχηεηεο.

Εηθόλα 5.19 Μεζνδνινγία ππνινγηζκνχ ηαρχηεηαο θξνχζεο θαη αλάθξνπζεο.


82

5.4.2 Πεηξακαηηθή δηάηαμε θξνύζεο ζε δνθίκηα κε κνξθή δνθνύ

Γηα ηελ εθηέιεζε ησλ πεηξακάησλ ζηα δνθίκηα ηνπ πνιπκεζαθξπιηθνχ

κεζπιεζηέξα, θαζψο θαη ησλ πνιπκεξηθψλ ζχλζεησλ πιηθψλ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ

(CFRP & GFRP), θαηαζθεπάζηεθε κεραλή θξνχζεο δνθηκίσλ ππφ ηε κνξθή δνθνχ.

Η θίλεζε ζην θξνπζηηθφ ζψκα δίλεηαη απφ ηξηθαζηθφ ειεθηξνθηλεηήξα

ελαιιαζζφκελνπ ξεχκαηνο ηζρχνο 0.75 ΗP, ζηηο 1440 ζηξνθέο αλά ιεπηφ. Τπάξρεη ε

δπλαηφηεηα ζπλερφκελεο κεηαβνιήο ηεο ζπρλφηεηαο ηεο θφξηηζεο κε ηε ρξήζε

Inverter ηεο εηαηξίαο World Techniques Worldwide, κέζσ ηεο κεηαβνιήο ηεο

ζπρλφηεηαο ηνπ ελαιιαζζφκελνπ ξεχκαηνο. Οη ζπρλφηεηεο θφξηηζεο πνπ κπνξνχλ λα

επηιεγνχλ, είλαη απφ 0 σο 12 Hz. H ςχμε ηνπ θηλεηήξα επηηπγράλεηαη κε αλεκηζηήξα

θαη ε κέηξεζε ησλ θχθισλ θξνπζηηθήο θφξηηζεο γίλεηαη κε ηε ρξήζε ειεθηξηθνχ

θπθιψκαηνο θαη ελφο ειεθηξηθνχ αλαινγηθνχ κεηξεηή. Η ζηήξημε ηνπ δνθηκίνπ

γίλεηαη κε αξπάγεο θαηαζθεπαζκέλεο ζχκθσλα κε ηνλ θαλνληζκφ πεηξακαηηθψλ

δνθηκψλ βάζε ηνπ πξνηχπνπ ASTM D790-99. ηε κεραλή έρεη γίλεη εθηεηακέλε

ρξήζε ερνκνλσηηθνχ πιηθνχ ricofon κε ζθνπφ ηε κείσζε ηνπ εθπεκπφκελνπ

ζνξχβνπ. ηηο Δηθφλεο 5.20, 5.21 θαη 5.22 θαίλνληαη ν ηξφπνο ιεηηνπξγίαο ηεο

δηάηαμεο, αιιά θαη ε απεηθφληζή ηεο.

Εηθόλα 5.20 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ιεηηνπξγίαο ηεο δηάηαμεο θξνχζεο δνθνχ.


83

Εηθόλα 5.21 Πεηξακαηηθή δηάηαμε θξνχζεο ζε δνθίκηα ππφ ηε κνξθή δνθνχ.

Εηθόλα 5.22 Κξνπζηηθφ ζψκα δηάηαμεο θαη βάζε έδξαζεο ηνπ δνθηκίνπ.


84

Σα δνθίκηα ππνβιήζεθαλ ζε πξνθαζνξηζκέλν αξηζκφ θχθισλ θφξηηζεο θαη

φρη κέρξη ηελ αζηνρία ηνπο, κε ζθνπφ ηνλ πξνζδηνξηζκφ ησλ ελαπνκελνπζψλ

κεραληθψλ ηνπο ηδηνηήησλ κεηά ηελ επαλαιακβαλφκελε θξνπζηηθή θαηαπφλεζε. Οη

ζπρλφηεηεο ηεο θξνπζηηθήο θφξηηζεο πνπ επηιέρζεθαλ ήηαλ 4 Hz ζηελ πεξίπησζε

ηνπ Plexiglas θαη 6 Hz γηα ην πνιχζηξσην Carbon-Epoxy, ελψ ε ελέξγεηα θξνχζεο

πνπ παξαιάκβαλε ην δνθίκην ζε θάζε θξνχζε ήηαλ 1 Joule. ηελ πεξίπησζε ηνπ

ζπλζέηνπ Glass-Epoxy, πξαγκαηνπνηήζεθαλ πεηξακαηηθέο δνθηκέο θξνχζεο κε

ζπρλφηεηεο 4 θαη 6 Hz, κε ζθνπφ ηε κειέηε ηεο επίδξαζεο ηεο ζπρλφηεηαο ζηε

ζπκπεξηθνξά ηνπ πιηθνχ θαηά ηελ θξνχζε. Όιεο νη δνθηκέο θξνχζεο θαη ησλ δχν

δηαηάμεσλ, πξαγκαηνπνηήζεθαλ ζε ζπλζήθεο ζεξκνθξαζίαο θαη πγξαζίαο

πεξηβάιινληνο.

5.5 Πεηξάκαηα θάκςεο ηξηώλ ζεκείσλ

Πξνθεηκέλνπ λα ππνινγηζηνχλ ηφζν νη αξρηθέο ηδηφηεηεο φζν θαη νη

ελαπνκέλνπζεο ηδηφηεηεο κεηά ηηο δνθηκέο θξνχζεο, πξαγκαηνπνηήζεθαλ ζηαηηθά

πεηξάκαηα θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ (3-point bending - TPB). Σα πεηξάκαηα θάκςεο

ηξηψλ ζεκείσλ έγηλαλ κε βάζε ην πξφηππν ASTM D790-99, ζε ζεξβν-πδξαπιηθή

κεραλή κεραληθψλ δνθηκψλ INSTRON 4301 (Δηθφλα 5.23), κε δπλαηφηεηα κέγηζηνπ

θνξηίνπ 5 kN. ηε ζπγθεθξηκέλε πεηξακαηηθή δηαδηθαζία, ην ελεξγφ κήθνο, δειαδή ε

απφζηαζε κεηαμχ ησλ δχν αξπαγψλ, νξίζηεθε ζηα 63 mm. Απνηέιεζκα ηνπ ηξφπνπ

θαηαζθεπήο ησλ εηδηθψλ αξπαγψλ ηεο πεηξακαηηθήο δηάηαμεο είλαη ην θνξηίν λα

αζθείηαη ζην κέζν ηνπ δνθηκίνπ κέζσ ελφο θπιηλδξηθνχ άμνλα, ελψ ην δνθίκην

ζηεξίδεηαη ζην ελεξγφ ηνπ κήθνο κε δχν άμνλεο ίδηαο δηακέηξνπ, φπσο θαίλεηαη θαη

ζηελ Δηθφλα 5.24. Καηά ηε δηάξθεηα ηνπ πεηξάκαηνο θάκςεο, νη θάησ αξπάγεο

παξακέλνπλ αθίλεηεο, ελψ ε πάλσ αξπάγε λα είλαη απηή πνπ θηλείηαη κε ζηαζεξφ

ξπζκφ κεηαηφπηζεο θαη αζθεί ην θακπηηθφ θνξηίν ζην δνθίκην. Σα πεηξάκαηα έγηλαλ

ζε ζπλζήθεο ζεξκνθξαζίαο θαη πγξαζίαο πεξηβάιινληνο θαη ε ζπιινγή ησλ

δεδνκέλσλ έγηλε κε ηε βνήζεηα εηδηθνχ ινγηζκηθνχ πνπ θέξεη ππνινγηζηήο, πνπ είλαη

ζπλδεδεκέλνο κε ηε κεραλή.


85

Εηθόλα 5.23 Μεραλή INSTRON.

Εηθόλα 5.24 Αξπάγεο κεραλήο θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ.


86

2max2max

6ε

2

3

L

Yt

wt

FL

Μεηά ην πέξαο ησλ ζηαηηθψλ πεηξακάησλ θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ, ηα

δεδνκέλα ηεο κνξθήο δχλακεο-κεηαηφπηζεο, επεμεξγάζηεθαλ κε ηε ρξήζε ηνπ

ινγηζκηθνχ Origin Lab 7.5, γηα ηε ιήςε ησλ δηαγξακκάησλ ηάζεο-παξακφξθσζεο. Ο

ππνινγηζκφο ησλ ηηκψλ ηεο αλαπηπζζφκελεο ηάζεο θαη παξακφξθσζεο ιφγσ

θάκςεο, έγηλε κέζσ ησλ ζρέζεσλ πνπ αθνινπζνχλ:

Όπνπ,

F: ε δχλακε πνπ θαηαπνλεί ην δνθίκην

L: ην ελεξγφ κήθνο ηνπ δνθηκίνπ

w: ην πιάηνο ηνπ δνθηκίνπ

t: ην πάρνο ηνπ δνθηκίνπ

Y: ε κεηαηφπηζε ησλ αξπαγψλ


87

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6

ΘΔΧΡΗΣΙΚΑ ΜΟΝΣΔΛΑ

6.1 Γεληθά

Όπσο έρεη ήδε αλαθεξζεί, ε κειέηε ησλ ελαπνκελνπζψλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ

ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ κεηά απφ θξνχζε, αιιά θαη άιινπο ηχπνπο θφξηηζεο ή βιάβεο,

είλαη έλα αλνηρηφ πεδίν κειέηεο γηα ηνπο εξεπλεηέο. ηα πιαίζηα απηήο ηεο κειέηεο

έρνπλ αλαπηπρζεί αξθεηά εκηεκπεηξηθά θαη εκπεηξηθά κνληέια ζηε δηεζλή

βηβιηνγξαθία, ηα νπνία δίλνπλ δηαθνξεηηθέο ηηκέο γηα ηελ ππνβάζκηζε ησλ

ελαπνκελνπζψλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ κεηά απφ θξνχζε. ηε

ζπλέρεηα απηνχ ηνπ θεθαιαίνπ, ζα παξνπζηαζηεί ην ζεσξεηηθφ ππφβαζξν ησλ δχν

κνληέισλ πνπ ζα εθαξκνζηνχλ ζηα πιαίζηα ηεο παξνχζαο εξγαζίαο, ηα νπνία έρνπλ

αλαπηπρζεί απφ ηνλ Καζεγεηή ηνπ ηκήκαηνο Μεραλνιφγσλ θαη Αεξνλαππεγψλ

Μεραληθψλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξψλ, θ. Γεψξγην Υ. Παπαληθνιάνπ.

6.2 Μνληέιν Παπαληθνιάνπ – ηαπξόπνπινπ

Σν κνληέιν Παπαληθνιάνπ - ηαπξφπνπινπ αλαθέξεηαη ζε γξακκηθά

ειαζηηθά πιηθά, απνπζία πιαζηηθψλ παξακνξθψζεσλ. Βαζίδεηαη ζηελ παξαδνρή πσο

ε ππνβάζκηζε ηεο θακπηηθήο δπζθακςίαο ζρεηίδεηαη κε ηελ απνκέλνπζα ζιηπηηθή

αληνρή, σο εμήο:


88

oij

rij

o

r

D

D (6.1)

φπνπ,

ζr : ε απνκέλνπζα ζιηπηηθή αληνρή ηνπ δνθηκίνπ πνπ έρεη ππνζηεί θξνχζε,

ζν : ε αληνρή ηνπ δνθηκίνπ, πξνηνχ ππνζηεί θξνχζε,

[Dij]r : ε θακπηηθή δπζθακςία ηεο κήηξαο, ηνπ δνθηκίνπ πνπ έρεη ππνζηεί

θξνχζε,

[Dij]ν : ε θακπηηθή δπζθακςία ηεο κήηξαο, ηνπ δνθηκίνπ πνπ δελ έρεη ππνζηεί

θξνχζε,

θαη ηζρχεη πάληα φηη: 11.0o

r .

Οπφηε, απφ ηελ παξαπάλσ ζρέζε βιέπνπκε φηη ν ιφγνο κείσζεο ηεο αληνρήο

ηνπ δνθηκίνπ κεηά ηελ θξνχζε, είλαη ίζνο κε ην ιφγν ηεο θακπηηθήο δπζθακςίαο κεηά

ηελ θξνχζε πξνο απηή πξηλ ηελ θξνχζε, δειαδή πεξηγξάθεη ηε κείσζε ηεο

δπζθακςίαο ηνπ πιηθνχ κεηά ηελ θξνπζηηθή θφξηηζε. Σν κνληέιν αλαθέξεηαη ζηε

ζιηπηηθή ζπκπεξηθνξά πνιχζηξσησλ πιαθψλ κεηά απφ θξνχζε ρακειήο ελέξγεηαο, νη

νπνίεο απνηεινχληαη απφ πνιπκεξηθή κήηξα επνμεηδηθήο ξεηίλεο. Έηζη ε δπζθακςία

ηνπ πιηθνχ, πξηλ θαη κεηά ηελ θξνχζε, δίλεηαη απφ ηηο παξαθάησ ζρέζεηο:

n

k

k

ijo

kk

k

ijoij Qh

zzQD1

)(3

3

1

3)(

,12

)(3

1 (6.2)

γηα πνιχζηξσηε, ζπκκεηξηθή πιάθα πξηλ ηελ θξνχζε θαη:

n

k

kk

k

ijkarij zzQMU

dD

1

3

1

3)(

, )()(3

1 (6.3)

γηα πνιχζηξσηε, ζπκκεηξηθή πιάθα κεηά ηελ θξνχζε, φπνπ:

d είλαη κηα ζηαζεξά πνπ εμαξηάηαη απφ ηηο ηδηφηεηεο ηνπ πιηθνχ θαη απφ ηηο

ζπλζήθεο ηνπ πεηξάκαηνο,


89

a είλαη ν ζπληειεζηήο απνξξφθεζεο ελέξγεηαο, ν νπνίνο εμαξηάηαη απφ ην

πνζνζηφ ησλ ζηξψζεσλ κε πξνζαλαηνιηζκφ ηλψλ ζηηο 45 ζηελ πιάθα,

U είλαη ε ελέξγεηα θξνχζεο,

θαη ηέινο, ν φξνο kM νλνκάδεηαη ζπληειεζηήο αζπκβαηφηεηαο θαη

αλαθέξεηαη, θπξίσο ζηελ αζπκβαηφηεηα πνπ παξνπζηάδεηαη ζε πνιχζηξσηεο

πιάθεο απφ ην ίδην πιηθφ εμαηηίαο ηνπ δηαθνξεηηθνχ πξνζαλαηνιηζκνχ ηλψλ

κεηαμχ ησλ ζηξψζεσλ, ή θαη επηπιένλ ζηελ αζπκβαηφηεηα πνπ δεκηνπξγείηαη

ιφγσ ησλ δηαθνξεηηθψλ πιηθψλ απφ ηα νπνία κπνξεί λα απνηεινχληαη νη

δηάθνξεο ζηξψζεηο κηαο πνιχζηξσηεο πιάθαο.

Γίλεηαη απφ ηελ παξαθάησ εμίζσζε:

)90()0(

)()(1. o

ij

o

ij

tijbij

kkDD

DDM (6.4)

φηαλ ζηελ πνιχζηξσηε πιάθα ππάξρνπλ ζηξψζεηο κε πξνζαλαηνιηζκφ ηλψλ 0 ή 90 .

Αιιηψο, ζηελ πην γεληθή πεξίπησζε είλαη:

(min)(max)

)()(1.

ijij

tijbij

kkDD

DDM (6.5)

φπνπ: b , bottom & t , top .

Οη παξαπάλσ ζρέζεηο αλαθέξνληαη ζηηο δηεπηθάλεηεο ηεο πνιχζηξσηεο

πιάθαο (Δηθφλα 6.1). Γηα λα ππνινγηζζεί απηφο ν ζπληειεζηήο γηα ηελ θάζε ζηξψζε

ρξεζηκνπνηείηαη ε παξαθάησ εμίζσζε:

2

)()()(

1,,1 okkokk

ok

MMM (6.6)


90

δειαδή γηα θάζε ζηξψζε ππνινγίδεηαη ν κέζνο φξνο ησλ ζπληειεζηψλ

αζπκβαηφηεηαο ησλ δχν επηθαλεηψλ ηεο ζηξψζεο.

Εηθόλα 6.1 Δγθάξζηα δηαηνκή πνιχζηξσηεο πιάθαο, n-ζηξψζεσλ.

χκθσλα, ινηπφλ, κε φια ηα παξαπάλσ ε κεησκέλε θακπηηθή δπζθακςία rxxD , , φιεο

ηεο πνιχζηξσηεο πιάθαο ππνινγίδεηαη σο εμήο:

])([)(3

1

1

3

1

3)(

,

n

k

kk

k

xxokarxx zzQMU

dD (6.7)

Σέινο, ν ζπλδπαζκφο ησλ εμηζψζεσλ (6.1), (6.6) δίλεη:

a

o

r

U

dm (6.8)

φπνπ: m, ν ιφγνο ησλ αζξνηζκάησλ πνπ πξνθχπηεη απφ ηελ εμήο ζρέζε:


91

n

k

kk

k

ij

n

k

kk

k

ijk

zzQ

zzQM

m

1

3

1

3)(

1

3

1

3)(

)(

)()(

(6.9)

Ο αξηζκεηήο ηεο ζρέζεο (6.9) αλαθέξεηαη ζε δπλακηθή θφξηηζε, ελψ ν παξνλνκαζηήο

ζε ζηαηηθή. Αλ ην πιηθφ πνπ εμεηάδεηαη είλαη νκνγελέο θαη ηζφηξνπν, ηφηε m = 1 θαη

ε εμίζσζε (6.8) γίλεηαη:

a

o

r

U

d (6.10)

Δάλ ε ζρέζε 6.10 ινγαξηζκηζηεί, ηφηε πξνθχπηεη φηη:

)log()log()log()log()log( UadU

d

o

r

a

o

r (6.11)

[16, 34]

6.3 Μνληέιν Πξόβιεςεο ησλ Ελαπνκελνπζώλ Ιδηνηήησλ – R.P.M.

(Residual Property Model)

6.3.1 Πεξηγξαθή κνληέινπ R.P.M.

Σν ζεσξεηηθφ κνληέιν πξφβιεςεο ηεο ππνβάζκηζεο ησλ ελαπνκελνπζψλ

ηδηνηήησλ ησλ πιηθψλ, πεξηγξάθεη ηελ ππνβάζκηζε ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο ησλ

πιηθψλ χζηεξα απφ θάπνηνπ είδνπο θαηαπφλεζε, θπζηθή ή κεραληθή, πνπ ζηελ

ζπγθεθξηκέλε πεξίπησζε είλαη ε επαλαιακβαλφκελε θξνπζηηθή θαηαπφλεζε.

Η γεληθή εμίζσζε πνπ πεξηγξάθεη ην κνληέιν RPM είλαη ε αθφινπζε:


92

essP

Pr )1(0

(6.12)

φπνπ PPs0

(6.13)

Pr: Η ηηκή ηεο εθάζηνηε ηδηφηεηαο, φπσο ην κέηξν ειαζηηθφηεηαο (E), ε κέγηζηε ηάζε

(ζmax), θ.α., ζε θάπνηα ζπγθεθξηκέλε ζηηγκή ηεο ππνβάζκηζεο ηνπ πιηθνχ.

Pν: Η ηηκή ηεο ηδηφηεηαο ηνπ “παξζέλνπ”, κε-ππνβαζκηζκέλνπ πιηθνχ, γλσζηνχ θαη

σο “πιηθφ αλαθνξάο”.

P∞: Η ηηκή ηεο ηδηφηεηαο ηνπ πιηθνχ κεηά απφ – ζεσξεηηθά – άπεηξνπο αξηζκνχο

θξνχζεο ή ζην επίπεδν ηνπ θνξεζκνχ.

ι: Η παξάκεηξνο ππνβάζκηζεο πνπ εμαξηάηαη απφ ηελ αηηία ηεο ππνβάζκηζεο πνπ

κπνξεί λα είλαη θξνχζε, ζεξκηθή θφπσζε, πγξνζεξκηθή θφπσζε θ.α.

6.3.2 Πνξεία εθαξκνγήο κνληέινπ R.P.M.

Γηα ηελ εθαξκνγή ηνπ κνληέινπ πξφβιεςεο ηεο ππνβάζκηζεο ησλ

ελαπνκελνπζψλ ηδηνηήησλ R.P.M (Residual Property Model), απαηηείηαη ν

ππνινγηζκφο ηνπ παξάγνληα ι. Γηα ην ζθνπφ απηφ αξρηθά ζρεδηάδεηαη ε παξαθάησ

θακπχιε:


93

NS

SP

P

o

r

1ln (6.14)

φπνπ PPs0

.

Απφ ηελ θιίζε ηεο επζείαο απηήο κπνξεί λα πξνζδηνξηζηεί ν παξάγνληαο ι.

xy (6.15)

Όπνπ,

S

SP

P

y o

r

1ln θαη ρ = Ν (6.16)

Αμίδεη λα ζεκεησζεί φηη γηα ηνλ πξνζδηνξηζκφ ηνπ ι, αξθεί λα ιεθζνχλ ππφςε

γηα ηε ζρεδίαζε ηεο επζείαο θαη ηνλ ππνινγηζκφ ηεο θιίζεο κφλν ηα δχν πξψηα

πεηξακαηηθά ζεκεία.

ηε ζπλέρεηα, γλσξίδνληαο ηα κεγέζε, ι θαη s ζρεδηάδνπκε ηελ θακπχιε:

essP

Pr )1(0

θαη ηε ζπγθξίλνπκε κε ηελ αληίζηνηρε πεηξακαηηθή.


94

ηε ζπλέρεηα, επεηδή παξαηεξήζεθε φηη θαηά ηελ πξψηε θξνχζε έρνπκε

ππνβάζκηζε ησλ ηδηνηήησλ θαηά 2% ηεο αξρηθήο ηηκήο, ην παξαπάλσ κνληέιν

ηξνπνπνηήζεθε σο εμήο:

Τπνινγίδνπκε ηελ πνζφηεηα S

S

N 1

98,0ln

1

0

Όπνπ, Νν = 1 γηα 100N , θαη Νν N01.0 γηα 100N .

Έρνληαο ινηπφλ ππνινγίζεη, κε ηνλ ηξφπν πνπ πεξηγξάθεθε παξαπάλσ ην ι,

ζρεδηάδνπκε ηελ θακπχιε essP

Pr )1(0

, θαη κπνξνχκε πιένλ λα

ζπγθξίλνπκε ηηο πξνβιέςεηο κε ηα αληίζηνηρα πεηξακαηηθά ζεκεία.

ηελ ηειηθή κνξθή ηνπ κνληέινπ, ζε αληίζεζε κε ηελ αξρηθή ηνπ κνξθή, γηα

ηελ εθαξκνγή ηνπ απαηηείηαη πέξαλ ηνπ Ρν κφλν έλα πεηξακαηηθφ ζεκείν, δειαδή ην

Ρ∞. Άξα, νπζηαζηηθά κε έλα θαη κφλν πεηξακαηηθφ ζεκείν ην νπνίν αληηζηνηρεί ζηελ

ηηκή ηεο ηδηφηεηαο ζε θαηάζηαζε θνξεζκνχ βιάβεο, κπνξεί λα πξνβιεθηεί ε

αλαιπηηθή κεηαβνιή ηεο κειεηψκελεο ηδηφηεηαο, ζπλαξηήζεη ηνπ αξηζκνχ ησλ

θξνχζεσλ. [41]


95

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7

ΠΔΙΡΑΜΑΣΙΚΑ ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ

7.1 Γεληθά

θνπφο ησλ πεηξακάησλ απηήο ηεο εξγαζίαο ήηαλ ε κειέηε ηεο ζπκπεξηθνξάο

ζε θξνχζε ησλ πνιπκεξψλ θαη ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ πνπ επηιέρηεθαλ, φπσο θαη ε

κειέηε ηεο ππνβάζκηζεο ησλ ελαπνκελνπζψλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ ηνπο, κεηά απφ

επαλαιακβαλφκελε θξνχζε. Αηηία ηεο ππνβάζκηζεο ησλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ ήηαλ ε

βιάβε πνπ απνθφκηδε ην θάζε δνθίκην κεηά απφ θάζε θξνχζε, ε νπνία ιεηηνπξγνχζε

ζπζζσξεπηηθά.

7.2 Επνμεηδηθή Ρεηίλε

ηα δνθίκηα επνμεηδηθήο ξεηίλεο πξαγκαηνπνηήζεθαλ πεηξάκαηα

επαλαιακβαλφκελεο θξνχζεο ρακειήο ελέξγεηαο ζε 85 δνθίκηα, ζε δηάηαμε θξνχζεο

ειεχζεξεο πηψζεο ζψκαηνο ζε δνθίκηα ππφ ηε κνξθή πιάθαο. Οη αξρηθέο δνθηκέο

θξνχζεο πξαγκαηνπνηήζεθαλ γηα ηελ εμεχξεζε ηνπ χςνπο ηνπ αξηζκνχ θξνχζεσλ

ζην νπνίν ην δνθίκην αζηνρνχζε, έηζη ψζηε λα απνθαζηζηεί ην εχξνο ηνπ αξηζκνχ

επαλαιήςεσλ ηεο θξνχζεο, κέζα ζην νπνίν ζα γηλφηαλ κειέηε ησλ ελαπνκελνπζψλ

κεραληθψλ ηδηνηήησλ ησλ δνθηκίσλ. ηε ζπλέρεηα, γηα ην ραξαθηεξηζκφ ησλ

δνθηκίσλ, πξαγκαηνπνηήζεθαλ 160 πεηξάκαηα θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ.


96

Μεηά ηα πεηξάκαηα θξνχζεο θαη ηελ επεμεξγαζία ησλ απνηειεζκάησλ πνπ

ειήθζεζαλ, πξνέθπςαλ δηαγξάκκαηα κνξθήο ζαλ απηά πνπ θαίλνληαη παξαθάησ

(Γηαγξάκκαηα 7.1 θαη 7.2). ηα δηαγξάκκαηα απεηθνλίδνληαη νη ραξαθηεξηζηηθέο

θακπχιεο δχλακεο – ρξφλνπ (F-t) θαη έλδεημεο θσηνθχηηαξνπ – ρξφλνπ. Όπσο έρεη

πξναλαθεξζεί θαη ζην Κεθάιαην 5, απφ ηε ραξαθηεξηζηηθή θακπχιε δχλακεο –

ρξφλνπ ιακβάλνληαη πιεξνθνξίεο γηα ηε θχζε ηεο θξνχζεο, εάλ δειαδή είλαη

ειαζηηθή (Γηάγξακκα 7.1) ή αλ επηθέξεη θάπνηα βιάβε ζην εμεηαδφκελν δνθίκην. ην

Γηάγξακκα 7.2 θαίλεηαη ε χπαξμε βιάβεο, κηαο θαη είλαη εχθνιν λα παξαηεξεζεί ε

απφηνκε πηψζε ηεο δχλακεο, γεγνλφο πνπ ππνδειψλεη θαη ηελ αζηνρία ηνπ δνθηκίνπ.

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Le

d I

nd

ex

(V

olt

),

F (

kN

)

t (sec)

Led Index

F

Epoxy Resin 32 - 1st impact

Impact energy = 1.25 Joule

Δηάγξακκα 7.1 Σππηθφ δηάγξακκα θξνχζεο.

Απφ ηε ραξαθηεξηζηηθή θακπχιε ηεο έλδεημεο ηνπ θσηνθχηηαξνπ ζπλαξηήζεη

ηνπ ρξφλνπ, είλαη δπλαηφλ λα ππνινγηζηνχλ νη ηαρχηεηεο θξνχζεο θαη αλάθξνπζεο,

κε ηε βνήζεηα απιψλ αιγεβξηθψλ πξάμεσλ (Δηθφλα 5.19 – Κεθάιαην 5). Έηζη, κε ηε


97

βνήζεηα ηεο εμίζσζεο ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο (ΔΚΙΝ= ½mu2), ζηελ νπνία

κεηαηξέπεηαη ε δπλακηθή ελέξγεηα ηνπ θξνπζηηθνχ ζψκαηνο ηε ζηηγκή ηεο επαθήο κε

ην δνθίκην, δχλαηαη λα ππνινγηζηεί ε ελέξγεηα πνπ απνξξνθήζεθε θαηά ηε δηάξθεηα

ηεο θξνχζεο, ε νπνία είλαη ε δηαθνξά κεηαμχ ηεο ελέξγεηαο θξνχζεο θαη ηεο

ελέξγεηαο αλάθξνπζεο.

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Epoxy Resin 33 - 1st impact

Impact energy = 1.25 Joule

Le

d I

nd

ex

(V

olt

),

F (

kN

)

t (sec)

Led Index

F

Δηάγξακκα 7.2 Γηάγξακκα θξνχζεο, κεηά ηελ νπνία ην δνθίκην αζηνρεί.

Μεηά ηα πεηξάκαηα θξνχζεο, έρνληαο ππνινγίζεη ηηο ηηκέο ηεο ελέξγεηαο

αλάθξνπζεο, πξνζδηνξίζηεθαλ νη ηηκέο ηεο απνξξφθεζεο ελέξγεηαο απφ ηα δνθίκηα

θξνχζεο. ην Γηάγξακκα 7.3 θαίλνληαη ηα απνηειέζκαηα ηεο ελέξγεηαο πνπ

απνξξνθήζεθε απφ ηα δνθίκηα, θαλνληθνπνηεκέλεο σο πξνο ηελ ελέξγεηα θξνχζεο,

ζπλαξηήζεη ηνπ αξηζκνχ ησλ θξνχζεσλ. Παξαηεξείηαη κηα εθζεηηθή κείσζε ηνπ

πνζνζηνχ ηεο ελέξγεηαο πνπ απνξξνθάηαη ζε θάζε θξνχζε, γεγνλφο πνπ νθείιεηαη


98

ζηε „„ζπκπίεζε‟‟ ησλ καθξνκνξηαθψλ αιπζίδσλ ηεο επνμεηδηθήο ξεηίλεο, κε

απνηέιεζκα ζε θάζε θξνχζε λα ππάξρεη θαη κηθξφηεξε δπλαηφηεηα πεξαηηέξσ

ζπκπίεζήο ηνπο. ε ελδερφκελε ζπλέρηζε θξνχζεο ηνπ δνθηκίνπ, δεκηνπξγείηαη κηα

θξίζηκε θαηάζηαζε, κε απνηέιεζκα ε παξαπάλσ πξνζθεξφκελε ελέξγεηα πνπ ζα ηνπ

δνζεί, λα ιεηηνπξγήζεη ελδερνκέλσο ζαλ έλαξμε δηάδνζεο ξσγκψλ θαη λα νδεγήζεη

ηειηθψο ζε αζηνρία ηνπ δνθηκίνπ.

1 2 3 4 5

0,72

0,74

0,76

0,78

0,80

0,82

Impact Energy = 1.25 J

Ab

so

rbe

d E

ne

rgy

Fra

cti

on

Number of impacts

Epoxy Resin

Δηάγξακκα 7.3 Γηάγξακκα πνζνζηνχ απνξξφθεζεο ελέξγεηαο, ζπλαξηήζεη ησλ αξηζκψλ θξνχζεσλ.

Όηαλ πξαγκαηνπνηήζεθαλ θαη ηα πεηξάκαηα θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ, κε

ζηαζεξφ ξπζκφ κεηαηφπηζεο ησλ αξπαγψλ 1 mm/min, ειήθζεζαλ νη θακπχιεο

δχλακεο – κεηαηφπηζεο, νη νπνίεο κεηαηξάπεθαλ ζε ραξαθηεξηζηηθέο θακπχιεο ηάζεο

– παξακφξθσζεο (κέζσ ησλ ηχπσλ ηεο παξαγξάθνπ 5.5 – Κεθάιαην 5). Μηα

ραξαθηεξηζηηθή θακπχιε ηάζεο – παξακφξθσζεο γηα επνμεηδηθή ξεηίλε θαίλεηαη ζην

Γηάγξακκα 7.4.


99

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

0

10

20

30

40

50

60

70

Specimen 32.1σ

(M

Pa

)

ε

Epoxy Resin

Δηάγξακκα 7.4 Κακπχιε ηάζεο – παξακφξθσζεο άθξνπζηνπ δνθηκίνπ επνμεηδηθήο ξεηίλεο, πνπ δελ

έρεη ππνζηεί θξνχζε.

Μέζσ ησλ θακππιψλ ηάζεο – παξακφξθσζεο (ζ – ε) ππνινγίδνληαη ην κέηξν

ειαζηηθφηεηαο ζε θάκςε (Δ) θαη ε κέγηζηε αληνρή θάκςεο (ζmax). Σν κέηξν

ειαζηηθφηεηαο ζε θάκςε ππνινγίδεηαη απφ ηελ θιίζε ηνπ γξακκηθνχ ηκήκαηνο ηεο

θακπχιεο ηάζεο – παξακφξθσζεο (θφθθηλε πεξηνρή ζην Γηάγξακκα 7.4), ελψ ε

κέγηζηε αληνρή θάκςεο αληηζηνηρεί ζηε κέγηζηε ηηκή ηεο αληνρήο ζηελ θακπχιε

ζ – ε. ηνλ Πίλαθα 7.1 πνπ αθνινπζεί, ππάξρνπλ νη ζπγθεληξσηηθέο ηηκέο ησλ

παξαπάλσ κεραληθψλ ηδηνηήησλ πνπ αλαθέξζεθαλ, ελψ ζηα Γηαγξάκκαηα 7.5 & 7.6

απεηθνλίδνληαη νη ηηκέο ηνπ κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο ζε θάκςε θαη ηεο κέγηζηεο

αληνρήο ζε θάκςε.


100

Πίλαθαο 7.1 πγθεληξσηηθέο ηηκέο ελαπνκελνπζψλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ γηα ηελ επνμεηδηθή ξεηίλε.

Αξηζκόο

θξνύζεσλ

Ε (GPa) ζmax (MPa)

0 2.2361 59.3917

1 2.2081 59.298

2 2.1743 57.41

3 1.9892 52.4133

4 1.9726 55.9767

5 2.0238 53.53

0 1 2 3 4 5 6

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Epoxy Resin

E (

GP

a)

Number of impacts

Δηάγξακκα 7.5 πγθεληξσηηθέο ηηκέο ηνπ κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο ζε θάκςε, ζπλαξηήζεη ηνπ αξηζκνχ

θξνχζεσλ.


101

0 1 2 3 4 5 6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Epoxy Resin

σm

ax

(M

Pa

)

Number of impacts

Δηάγξακκα 7.6 πγθεληξσηηθέο ηηκέο ηεο κέγηζηεο αληνρήο ζε θάκςε, ζπλαξηήζεη ηνπ αξηζκνχ

θξνχζεσλ.

Με κηα πξψηε παξαηήξεζε ζηα Γηαγξάκκαηα 7.5 & 7.6 θαίλεηαη πσο ππάξρεη

κηαο ζηγκνεηδήο ππνβάζκηζε θαη ησλ δχν ηδηνηήησλ, θαζψο απμάλεηαη ν αξηζκφο

θξνχζεσλ ζηα δνθίκηα επνμεηδηθήο ξεηίλεο, γεγνλφο πνπ νθείιεηαη ζηελ αζξνηζηηθή

βιάβε πνπ πξνθαιείηαη ζην εζσηεξηθφ ηνπ δνθηκίνπ, κεηά απφ θάζε θξνχζε.


ηα δνθίκηα πνιπκεζαθξπιηθνχ κεζπιεζηέξα πξαγκαηνπνηήζεθαλ πεηξάκαηα

επαλαιακβαλφκελεο θξνχζεο ρακειήο ελέξγεηαο ζε 39 δνθίκηα, ζε δηάηαμε θξνχζεο

ειεχζεξεο πηψζεο ζψκαηνο ζε δνθίκηα ππφ ηε κνξθή δνθνχ. Αμίδεη λα επηζεκαλζεί

πσο αληίζεηα κε ηε δηάηαμε θξνχζεο ειεχζεξεο πηψζεο ζψκαηνο ζε δνθίκηα ππφ ηε

κνξθή πιάθαο, ζηελ αληίζηνηρε κε δνθίκην ππφ ηε κνξθή δνθνχ, ιφγσ θαηαζθεπήο,


102

αιιά θαη κηαο θαη δελ είλαη ζπλδεδεκέλε ζε ππνινγηζηή, δελ ππάξρεη ε δπλαηφηεηα

ιήςεο δεδνκέλσλ θαηά ηε δηάξθεηα ηεο θξνχζεο. Έηζη δελ ειήθζεζαλ

ραξαθηεξηζηηθέο θακπχιεο δχλακεο – ρξφλνπ ή έλδεημεο θσηνθχηηαξνπ – ρξφλνπ,

γηα ηνλ πξνζδηνξηζκφ ηεο δχλακεο θξνχζεο ή ηεο ελέξγεηαο πνπ απνξξνθήζεθε.

Οπφηε κεηά ηελ επαλαιακβαλφκελε θξνπζηηθή θαηαπφλεζε, ζπρλφηεηαο 4 Hz,

αθνινχζεζαλ ηα πεηξάκαηα θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ, γηα ηνλ πξνζδηνξηζκφ ησλ

ελαπνκελνπζψλ ηδηνηήησλ ησλ δνθηκίσλ. Σα πεηξάκαηα θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ ζην

PMMA έγηλαλ κε ζηαζεξφ ξπζκφ κεηαηφπηζεο ησλ αξπαγψλ 5 mm/min. ην

Γηάγξακκα 7.7 θαίλεηαη κηα ραξαθηεξηζηηθή θακπχιε ηάζεο – παξακφξθσζεο ελφο

δνθηκίνπ PMMA.

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18

0

20

40

60

80

100

σ (

MP

a)

ε

Specimen 1PMMA

Δηάγξακκα 7.7 Κακπχιε ηάζεο – παξακφξθσζεο δνθηκίνπ PMMA, πνπ δελ έρεη ππνζηεί θξνχζε.

ηνλ Πίλαθα 7.2 πνπ αθνινπζεί, ππάξρνπλ νη ζπγθεληξσηηθέο ηηκέο ηνπ

κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο ζε θάκςε θαη ηεο κέγηζηεο αληνρήο ζε θάκςε ησλ δνθηκίσλ

PMMA, ελψ ζηα Γηαγξάκκαηα 7.8 & 7.9 απεηθνλίδνληαη νη ηηκέο ηνπο ζπλαξηήζεη

ηνπ αξηζκνχ θξνχζεσλ.


103

Πίλαθαο 7.2 πγθεληξσηηθέο ηηκέο ελαπνκελνπζψλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ γηα ηα δνθίκηα PMMA.

Αξηζκόο θξνύζεσλ Ε (GPa) ζmax (MPa)

0 2.5745 100.0610

100 2.5813 99.9673

1000 2.5838 99.3637

5000 2,4909 99.7993

10000 2.4719 97.0528

15000 2.4858 94.3881

25000 2.5120 93.6141

250000 2.3832 93.9169

100 1000 10000 100000

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

Number of impacts

E (

GP

a)

PMMA

Impact Energy = 1 Joule

Impact Frequency = 4 Hz


θξνχζεσλ.


104

100 1000 10000 100000

0

20

40

60

80

100

120

140Impact Energy = 1 Joule


PMMA

σm

ax (

MP

a)

Number of impacts


θξνχζεσλ.

Απφ ηα παξαπάλσ δηαγξάκκαηα παξαηεξείηαη ε επίδξαζε ηνπ αξηζκνχ

θξνχζεσλ ζηηο κεραληθέο ηδηφηεηεο ησλ δνθηκίσλ PMMA, κε απνηέιεζκα ηελ

ππνβάζκηζή ηνπο. Σφζν ην κέηξν ειαζηηθφηεηαο ζε θάκςε (Δ), φζν θαη ε κέγηζηε

αληνρή ζε θάκςε (ζmax) αξρίδνπλ λα κεηψλνληαη ζρεηηθά ζχληνκα, πεξίπνπ ζηηο 1000

επαλαιήςεηο, ελψ κεηά ηηο 25000 θξνχζεηο, θαίλεηαη ζηαζεξνπνίεζε ησλ ηηκψλ ηνπο.

Δπίζεο παξαηεξήζεθε πσο απμαλνκέλνπ ηνπ αξηζκνχ θξνχζεσλ, ηα δνθίκηα ηεο

θάκςεο έηεηλαλ λα επηδεηθλχνπλ νινέλα θαη απμαλφκελε ςαζπξή ζπκπεξηθνξά. Απηή

ε ζπκπεξηθνξά ηνπ PMMA νθείιεηαη ζην θαηλφκελν ηνπ “crazing”, ην νπνίν είλαη

ζπλεζηζκέλν ζηα ζεξκνπιαζηηθά πνιπκεξή. Σν θαηλφκελν απηφ δεκηνπξγείηαη θαηά

ηε δηάξθεηα θφξηηζεο ηνπ πιηθνχ θαη ζπλνδεχεηαη απφ ηε δεκηνπξγία θνηινηήησλ ζηε

δνκή ηνπ πιηθνχ, νη νπνίεο απνηεινχλ ζεκεία ζπγθέληξσζεο ηάζεσλ, κε απνηέιεζκα

ηελ εθθίλεζε απφ απηά ηεο δηάδνζεο ξσγκψλ, κφιηο δεκηνπξγεζεί θξίζηκε

θαηάζηαζε. Σα crazes πνπ δεκηνπξγνχληαη είλαη εκθαλή θαη κε γπκλφ κάηη, αθνχ


105

δεκηνπξγείηαη έλα ζάκπσκα ζηελ πεξηνρή, κε ην πιηθφ λα ράλεη ηνπηθά ηε δηαθάλεηά

ηνπ. Σν θαηλφκελν ηνπ crazing είλαη πξφδξνκνο ηεο αζηνρίαο ηνπ πιηθνχ, εθφζνλ ε

θφξηηζε ζπλερηζηεί.


Άλζξαθα

ε πεηξάκαηα επαλαιακβαλφκελεο θξνχζεο ρακειήο ελέξγεηαο, ζε δηάηαμε

θξνχζεο ειεχζεξεο πηψζεο ζψκαηνο ζε δνθίκηα ππφ ηε κνξθή δνθνχ,

θαηαπνλήζεθαλ 21 δνθίκηα πνιπκεξηθνχ ζχλζεηνπ πιηθνχ, εληζρπκέλα κε ίλεο

άλζξαθα, κε ζπρλφηεηα θαηαπφλεζεο 6 Hz. Σα πεηξάκαηα θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ,

πνπ αθνινχζεζαλ γηα ηνλ πξνζδηνξηζκφ ησλ ελαπνκελνπζψλ ηδηνηήησλ ησλ

δνθηκίσλ, έγηλαλ κε ζηαζεξφ ξπζκφ κεηαηφπηζεο ησλ αξπαγψλ 5 mm/min. ην

Γηάγξακκα 7.10 θαίλεηαη κηα ραξαθηεξηζηηθή θακπχιε ηάζεο – παξακφξθσζεο ελφο

δνθηκίνπ CFRP.

0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010

0

100

200

300

400

500

600

700

800

ε

σ (

MP

a)

Specimen 3CFRP

Δηάγξακκα 7.10 Σππηθή θακπχιε ηάζεο – παξακφξθσζεο άθξνπζηνπ δνθηκίνπ CFRP.


106

Απφ ην Γηάγξακκα 7.10 είλαη εχθνιν λα παξαηεξεζεί ε ςαζπξή ζπκπεξηθνξά

πνπ παξνπζηάδεη ην ζχλζεην πιηθφ. Γελ παξαηεξείηαη δηαξξνή θαη ε θακπχιε ζ – ε

είλαη γξακκηθή έσο ηελ αζηνρία ησλ δνθηκίσλ. Η αζηνρία φισλ ησλ δνθηκίσλ επήιζε

κε ηε κνξθή ηεο απνθφιιεζεο ζηξψζεσλ, θαηά ην πάρνο ησλ δνθηκίσλ

(delamination), ζπλνδεπφκελε απφ έληνλε αθνπζηηθή εθπνκπή. ε θακία πεξίπησζε

δελ ππήξμε θαηά ηελ αζηνρία δηαρσξηζκφο ηνπ δνθηκίνπ. Μεηά ηνλ ππνινγηζκφ ησλ

ζπγθεληξσηηθψλ ηηκψλ ηνπ κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο ζε θάκςε θαη ηεο κέγηζηεο

αληνρήο ζε θάκςε ησλ δνθηκίσλ CFRP ζπλαξηήζεη ηνπ αξηζκνχ θξνχζεσλ (Πίλαθαο

7.3), ζρεδηάζηεθαλ ηα Γηαγξάκκαηα 7.11 & 7.12.

Πίλαθαο 7.3 πγθεληξσηηθέο ηηκέο ελαπνκελνπζψλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ γηα ηα δνθίκηα CFRP.


0 78.8844 778.8637

1000 77.8562 784.2766

5000 77.7204 540.3629

10000 32.5389 166.8262

50000 18.1965 121.4534

100000 18.5503 98.6416

400000 9.8132 82.3249


107

0 100000 200000 300000 400000

0

10

20

30

40

50

60

70

80



Carbon Epoxy

E (

GP

a)

Number of impacts


θξνχζεσλ, ζε δνθίκηα CFRP.

0 100000 200000 300000 400000

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900 Impact Energy = 1 Joule


σm

ax (

MP

a)

Number of impacts

Carbon Epoxy


θξνχζεσλ, ζε δνθίκηα CFRP.


108

Παξαηεξψληαο ηα Γηαγξάκκαηα 7.11 & 7.12, είλαη εκθαλήο, αιιά θαη έληνλε

ε ππνβάζκηζε, ηφζν ηνπ κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο ζε θάκςε, φζν θαη ηεο κέγηζηεο

αληνρήο ζε θάκςε κεηά ηηο πξψηεο επαλαιήςεηο, δειαδή ζε ζρεηηθά κηθξφ αξηζκφ

θξνχζεσλ, ελψ παξαηεξείηαη ζηαζεξνπνίεζε ηεο ππνβάζκηζεο πεξίπνπ κεηά ηηο

50000 θξνχζεηο, ε νπνία θαη παξακέλεη κέρξη θαη ην κέγηζην αξηζκφ θχθισλ

θφξηηζεο. Η ζπκπεξηθνξά απηή νθείιεηαη ζηηο κηθξνξσγκέο πνπ δεκηνπξγήζεθαλ

θαηά ηε δηάξθεηα ηεο θξνπζηηθήο θαηαπφλεζεο, θπξίσο ζηηο ζηξψζεηο κε δηεχζπλζε

ηλψλ ηηο 90ν. Απηφ ζπκβαίλεη δηφηη ζε απηή ηε δηεχζπλζε ε κήηξα παξνπζηάδεη

κεησκέλε ηθαλφηεηα αλάιεςεο θνξηίσλ, ελψ ε δεκηνπξγία ησλ κηθξνξσγκψλ

νθείιεηαη ζηελ χπαξμε κηθξναηειεηψλ πνπ δεκηνπξγνχληαη ζην εζσηεξηθφ ηνπ

πιηθνχ, θαηά ηε δηαδηθαζία παξαγσγήο ηνπ. Με ηε ζπλερή πξνζθνξά ελέξγεηαο θαηά

ηε δηάξθεηα ηεο θξνπζηηθήο θαηαπφλεζεο, γίλεηαη έλαξμε δηάδνζεο ξσγκψλ απφ

απηέο ηηο αηέιεηεο, θαη απμαλνκέλνπ ηνπ αξηζκνχ θξνχζεσλ παξαηεξείηαη

απνθφιιεζε κεηαμχ ησλ ζηξψζεσλ κε δηεχζπλζε ηλψλ ζηηο 0ν θαη απηψλ κε

δηεχζπλζε ζηηο 90ν, ιφγσ ηεο κεηαμχ ηνπο αζπκβαηφηεηαο, έρνληαο ζαλ απνηέιεζκα

ηελ ηάζε λα αληηδξάζνπλ δηαθνξεηηθά ζηελ θξνπζηηθή θφξηηζε.


Γπαιηνύ

7.5.1 Πεηξάκαηα κε ζπρλόηεηα θξνύζεο 4 Hz

ηα ζχλζεηα πιηθά πνιπκεξηθήο κήηξαο, εληζρπκέλα κε ίλεο γπαιηνχ,

πξαγκαηνπνηήζεθαλ πεηξάκαηα θξνχζεο ζε δηάηαμε δνθηκίσλ ππφ ηε κνξθή δνθνχ,

ζε δχν δηαθνξεηηθέο ζπρλφηεηεο κε ζηφρν ηε κειέηε ηεο επίδξαζεο ηεο ζπρλφηεηαο

ζηε ζπκπεξηθνξά ηνπ πιηθνχ θαηά ηε δηάξθεηα ηεο επαλαιακβαλφκελεο θξνπζηηθήο

θαηαπφλεζεο. Οη δχν ζπρλφηεηεο ζηηο νπνίεο έγηλαλ ηα πεηξάκαηα ήηαλ απηέο ησλ

4Hz (28 δνθίκηα) θαη 6Hz (22 δνθίκηα). Μεηά ηελ επαλαιακβαλφκελε θξνπζηηθή

θαηαπφλεζε, αθνινχζεζαλ ηα πεηξάκαηα θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ, γηα ηνλ

πξνζδηνξηζκφ ησλ ελαπνκελνπζψλ ηδηνηήησλ ησλ δνθηκίσλ, ηα νπνία έγηλαλ κε

ζηαζεξφ ξπζκφ κεηαηφπηζεο ησλ αξπαγψλ 5 mm/min. ην Γηάγξακκα 7.13 θαίλεηαη

κηα ραξαθηεξηζηηθή θακπχιε ηάζεο – παξακφξθσζεο ελφο δνθηκίνπ GFRP ζπλζέηνπ.


109

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030

0

100

200

300

400

500

600

Specimen 1GFRP

ε

σ (

MP

a)

Δηάγξακκα 7.13 Σππηθή θακπχιε ηάζεο – παξακφξθσζεο δνθηκίνπ GFRP, πνπ δελ έρεη ππνζηεί

θξνχζε.

Παξαηεξψληαο ηηο ραξαθηεξηζηηθέο θακπχιεο ζ – ε ησλ GFRP δνθηκίσλ,

θαίλεηαη πσο ηα δνθίκηα επηδεηθλχνπλ γξακκηθά ειαζηηθή ζπκπεξηθνξά γηα κεγάιν

δηάζηεκα. Λίγν κεηά απφ ηελ επίηεπμε ηεο κέγηζηεο αληνρήο, παξαηεξείηαη

θαηαθφξπθε πηψζε ηεο ηάζεο, ε νπνία νθείιεηαη ζηελ αζηνρία ησλ ηλψλ. Μεηά ην

ζεκείν απηφ, ην πιηθφ είλαη ζε ζέζε λα θέξεη κηα κηθξή ηηκή θνξηίνπ, ην νπνίν ην

αλαιακβάλεη ε κήηξα, έσο φηνπ επέιζεη νιηθή αζηνρία ηνπ ζπλζέηνπ. ηνλ Πίλαθα

7.4 θαίλνληαη νη ζπγθεληξσηηθέο ηηκέο ηνπ κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο ζε θάκςε θαη ηεο

κέγηζηεο αληνρήο ζε θάκςε ησλ δνθηκίσλ GFRP, ελψ ζηα Γηαγξάκκαηα 7.14 & 7.15

έρνπλ ζρεδηαζηεί νη ηηκέο ηνπο ζπλαξηήζεη ηνπ αξηζκνχ θξνχζεσλ.


110

Πίλαθαο 7.4 πγθεληξσηηθέο ηηκέο ελαπνκελνπζψλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ ησλ δνθηκίσλ GFRP (4 Hz).


0 24.5759 507.2700

5000 24.0357 504.0145

10000 25.4042 481.8377

50000 23.6644 418.4417

100000 22.6875 427.0808

150000 23.4330 394.5982

250000 23.8339 369.4235

400000 23.0142 361.7794

0 100000 200000 300000 400000

0

5

10

15

20

25

30

35Impact Energy = 1 Joule


E (

GP

a)

Number of impacts

Glass Epoxy


θξνχζεσλ, ζε δνθίκηα GFRP.


111

0 100000 200000 300000 400000

0

100

200

300

400

500

600



Glass Epoxyσ

ma

x (

MP

a)

Number of impacts



Απφ ηα παξαπάλσ δηαγξάκκαηα θαίλεηαη μεθάζαξα ε ππνβάζκηζε ησλ

κεραληθψλ ηδηνηήησλ ησλ δνθηκίσλ, πνπ ζηελ πεξίπησζε ηεο κέγηζηεο αληνρήο ζε

θξνχζε, θαίλεηαη λα είλαη εληνλφηεξε. Όπσο πξναλαθέξζεθε, ε ππνβάζκηζε

νθείιεηαη ζε βιάβεο πνπ ζπκβαίλνπλ ζηηο ίλεο γπαιηνχ θαηά θχξην ιφγν, αιιά θαη ζε

βιάβε ζηε κήηξα. Σν χθαζκα ησλ ηλψλ πνπ απνηεινχλ ηελ ελίζρπζε ηνπ ζπλζέηνπ,

θάκπηεηαη θαηά ηελ θξνπζηηθή θφξηηζε, κε απνηέιεζκα λα θάκπηνληαη θαη νη ίλεο,

ελψ κεηά ηελ αθαίξεζε ηνπ θξνπζηηθνχ θνξηίνπ ηείλνπλ λα επζπγξακκηζηνχλ θαη λα

επαλέιζνπλ ζηελ αξρηθή ηνπο ζέζε. Λφγσ απηήο ηεο επαλαιακβαλφκελεο δπλακηθήο

θαηάζηαζεο, θαη ελαιιαγήο ηεο θακπηηθήο θαη εθειθπζηηθήο θαηάζηαζήο ησλ ηλψλ,

απηέο θαηαπνλνχληαη θαη ζπρλά παξνπζηάδνληαη θαηλφκελα ιπγηζκνχ ηνπο. Απηφ ην

γεγνλφο νδεγεί ζηελ αζηνρία ησλ ηλψλ θαη ζηε ζπλνιηθή ππνβάζκηζε ησλ ηδηνηήησλ

ηνπ ζπλζέηνπ. Πέξαλ ηεο βιάβεο ησλ ηλψλ παξαηεξείηαη θαη αλάπηπμε κηθξνξσγκψλ


112

ζην κεηξηθφ πιηθφ πνπ επίζεο επεξεάδεη ηε ζπκπεξηθνξά ηνπ ζπλζέηνπ. Λφγσ ηεο

θχζεο ηεο ελίζρπζεο, ε νπνία είλαη ππφ ηε κνξθή πθάζκαηνο, ππάξρνπλ ζεκεία ζηα

ζεκεία πιέμεο, πνπ δε δηαβξέρνληαη ηθαλνπνηεηηθά απφ ξεηίλε θαη κέλνπλ θελά. ε

εθείλα ηα ζεκεία, ε ηνπηθή ζπκπεξηθνξά ηνπ δνθηκίνπ θαζνξίδεηαη πεξηζζφηεξν απφ

ηε ζπκπεξηθνξά ησλ ηλψλ, ελψ ζηα ζεκεία πνπ είλαη απνκαθξπζκέλα απφ ηα ζεκεία

πιέμεο θαη ε πεξηεθηηθφηεηαο ηεο ξεηίλεο είλαη πην απμεκέλε, ε ηνπηθή ζπκπεξηθνξά

θαζνξίδεηαη απφ ηελ αληίζηνηρε ηεο κήηξαο. Απηή ε αλνκνηνκνξθία κπνξεί λα

νδεγήζεη ζε αλάπηπμε κηθξνξσγκψλ, πνπ νδεγνχλ ζε επηπιένλ ππνβάζκηζε ησλ

κεραληθψλ ηδηνηήησλ ηνπ δνθηκίνπ.

7.5.2 Πεηξάκαηα κε ζπρλόηεηα θξνύζεο 6 Hz

Πξνθεηκέλνπ λα κειεηεζεί ε επίδξαζε ηεο ζπρλφηεηαο ζηε ζπκπεξηθνξά ηνπ

πιηθνχ θαηά ηε δηάξθεηα ηεο επαλαιακβαλφκελεο θξνχζεο ρακειήο ελέξγεηαο, έγηλαλ

ζηα πνιπκεξηθά ζχλζεηα πιηθά, εληζρπκέλα κε ίλεο γπαιηνχ, πεηξάκαηα θξνχζεο ζε

ζπρλφηεηα 6 Hz, πέξαλ απηψλ πνπ δηεμήρζεζαλ ζηε ζπρλφηεηα ησλ 4 Hz. Σα

πεηξάκαηα ζε ζπρλφηεηα 6 Hz, ηφζν ηεο επαλαιακβαλφκελεο θξνχζεο, φζν θαη ηεο

θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ, έγηλαλ θάησ απφ αθξηβψο ηηο ίδηεο ζπλζήθεο κε απηά ησλ 4

Hz, έηζη ψζηε λα ππάξρεη δπλαηφηεηα άκεζεο θαη αμηφπηζηεο ζχγθξηζεο κεηαμχ ηνπο.

ηνλ Πίλαθα 7.5 θαίλνληαη νη ζπγθεληξσηηθέο ηηκέο ηνπ κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο ζε

θάκςε θαη ηεο κέγηζηεο αληνρήο ζε θάκςε ησλ δνθηκίσλ GFRP, ελψ ζηα

Γηαγξάκκαηα 7.16 θαη 7.17 έρνπλ ζρεδηαζηεί νη ηηκέο ηνπο ζπλαξηήζεη ηνπ αξηζκνχ

θξνχζεσλ.


113

Πίλαθαο 7.5 πγθεληξσηηθέο ηηκέο ελαπνκελνπζψλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ ησλ δνθηκίσλ GFRP (6 Hz).


0 24.5759 507.2700

10000 25.8805 494.7687

50000 25.5556 415.8762

100000 24.5911 415.7379

150000 24.5466 395.1134

300000 23.6805 315.7431

400000 22.9091 337.5699

0 100000 200000 300000 400000

0

10

20

30

40



Glass Epoxy

Number of impacts

E (

GP

a)

Δηάγξακκα 7.16 πγθεληξσηηθέο ηηκέο ηνπ κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο ζε θάκςε, ζπλαξηήζεη ηνπ

αξηζκνχ θξνχζεσλ, ζε δνθίκηα GFRP.


114

0 100000 200000 300000 400000

0

100

200

300

400

500

600

Glass EpoxyImpact Energy = 1 Joule

Impact Frequency = 6 Hzσ

ma

x (

MP

a)

Number of impacts



Απφ ηηο θακπχιεο ηνπ κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο ζε θάκςε θαη ηεο κέγηζηεο

αληνρήο ζε θάκςε, παξαηεξείηαη θαζαξά ε ππνβάζκηζε ησλ ηδηνηήησλ, απμαλνκέλνπ

ηνπ αξηζκνχ θξνχζεσλ. Οη κεραληζκνί πνπ ιακβάλνπλ ρψξα θαη νδεγνχλ ζε απηή ηε

ζπκπεξηθνξά, είλαη νη ίδηνη πνπ πεξηγξάθεθαλ θαη ζηελ πεξίπησζε

επαλαιακβαλφκελεο θξνχζεο, κε ζπρλφηεηα 4 Hz, δειαδή νη κεραληζκνί βιάβεο ηεο

ίλαο θαη βιάβεο ηεο κήηξαο.

ην Γηάγξακκα 7.18 πνπ αθνινπζεί, ζα γίλεη αληηπαξαβνιή ηεο

ελαπνκέλνπζαο αληνρήο ζε θάκςε ζπλαξηήζεη ηνπ αξηζκνχ θξνχζεσλ, κεηαμχ ησλ

δχν πξναλαθεξζεηζψλ ζπρλνηήησλ θφξηηζεο, έηζη ψζηε λα κειεηεζεί ε επίδξαζή ηεο

ζε απηή.


115

0 100000 200000 300000 400000

0

100

200

300

400

500

600

Glass Epoxy

Number of impacts

σm

ax (

MP

a)

4 Hz

6 Hz

Δηάγξακκα 7.18 χγθξηζε ηεο ελαπνκέλνπζαο αληνρήο ζε θάκςε, κεηά απφ πεηξάκαηα

επαλαιακβαλφκελεο θξνχζεο ζε ζπρλφηεηεο 4 θαη 6 Hz.

Δίλαη εχθνιν λα παξαηεξεζεί ζην ζπγθξηηηθφ δηάγξακκα πσο κέρξη ηηο

100000 θξνχζεηο ε ζπκπεξηθνξά ηνπ πιηθνχ είλαη ηαπηφζεκε θαη ζηηο δχν

ζπρλφηεηεο θξνπζηηθήο θφξηηζεο. Απφ εθείλν ην ζεκείν θαη ζε κεγαιχηεξν αξηζκφ

θξνχζεσλ, παξαηεξείηαη κεγαιχηεξε ππνβάζκηζε ηεο ελαπνκέλνπζαο αληνρήο ζε

θάκςε ζηε ζπρλφηεηα ησλ 6 Hz, ελ ζπγθξίζεη κε απηή ησλ 4 Hz. Ο πηζαλφηεξνο

ιφγνο πνπ εκθαλίδεηαη απηή ε ζπκπεξηθνξά είλαη πσο απμαλνκέλεο ηεο ζπρλφηεηαο

θφξηηζεο, ην δνθίκην ζεξκαίλεηαη ηνπηθά ζην ζεκείν θξνχζεο, ιφγν πςειφηεξνπ

ξπζκνχ πξνζθνξάο ελέξγεηαο ζην δνθίκην. Λφγσ ηεο επαηζζεζίαο ησλ ηλψλ γπαιηνχ

ζηελ αχμεζεο ηεο ζεξκνθξαζίαο, παξαηεξείηαη απηή ε πεξαηηέξσ ππνβάζκηζε ηεο

ελαπνκέλνπζαο αληνρήο ζε θάκςε, ζε ζρέζε κε ηα δνθίκηα πνπ ππέζηεζαλ θξνχζε

κε ζπρλφηεηα 4 Hz.


116

7.6 Εθαξκνγή Θεσξεηηθώλ Μνληέισλ

7.6.1 Μνληέιν Παπαληθνιάνπ – ηαπξόπνπινπ

Δθαξκφδνληαο ην κνληέιν, αξρηθά ζεσξήζεθε φηη ην πιηθφ ησλ δνθηκίσλ είλαη

ηζφηξνπν θαη νκνγελέο, νπφηε ηζρχεη m=1 θαη θαηά πξνέθηαζε ηζρχεη ε ζρέζε 6.11

(Κεθάιαην 6), ε νπνία είλαη ε εμήο:

)log()log()log()log()log( UadU

d

o

r

a

o

r

ηε ζπλέρεηα, ππνινγίδεηαη απφ ηα πεηξακαηηθά δεδνκέλα, ν κέζνο φξνο ησλ

ηηκψλ ηεο αληνρήο ησλ παξζέλσλ δνθηκίσλ (ζν), δειαδή απηψλ πνπ δελ έρνπλ

ππνζηεί θξνχζε, θαζψο θαη ν κέζνο φξνο ησλ ηηκψλ ηεο αληνρήο ησλ θξνπζκέλσλ

δνθηκίσλ (ζr), γηα θάζε ελέξγεηα θξνχζεο. Γλσξίδνληαο ηελ ελέξγεηα (U) γηα θάζε

αξηζκφ θξνχζεσλ, φπσο θαη ηηο πξναλαθεξζείζεο πνζφηεηεο, δχλαηαη λα

αλαπαξαζηαζεί γξαθηθά ε εμάξηεζε )log()(logo

rUf , ε νπνία ζχκθσλα κε ηε

ζρέζε 6.11, είλαη κηα επζεία.

Έηζη, εθαξκφδνληαο ηε κέζνδν ηεο γξακκηθήο παξεκβνιήο, κπνξεί λα

πξνζδηνξηζηεί ε ζηαζεξά d θαη ν ζπληειεζηήο απνξξφθεζεο ελέξγεηαο, α. Πιένλ,

εθφζνλ είλαη γλσζηέο νη πνζφηεηεο d θαη α, είλαη εχθνιν λα ππνινγηζηνχλ νη

ζεσξεηηθέο ηηκέο ηνπ ιφγνπ o

r , πνπ δίλεη ην κνληέιν. ηα δηαγξάκκαηα πνπ

αθνινπζνχλ, αληηπαξαβάιινληαη νη πεηξακαηηθέο ηηκέο ηνπ ιφγνπ o

r ζπλαξηήζεη

ηνπ αξηζκνχ θξνχζεσλ, κε ηηο ζεσξεηηθέο πξνβιέςεηο ηνπ κνληέινπ.

Σν κνληέιν εθαξκφζηεθε γηα 4 δηαθνξεηηθνχο ηχπνπο πιηθψλ, ηα νπνία ήηαλ

επνμεηδηθή ξεηίλε (EP), πνιπκεζαθξπιηθφο κεζπιεζηέξαο (PMMA), πνιπκεξηθφ

ζχλζεην πιηθφ εληζρπκέλν κε ίλεο άλζξαθα θαη πνιπκεξηθφ ζχλζεην πιηθφ

εληζρπκέλν κε ίλεο γπαιηνχ. Οη ζεσξεηηθέο πξνβιέςεηο ηνπ κνληέινπ ζπκθσλνχλ

άξηζηα κε ηα πεηξακαηηθά απνηειέζκαηα.


117

1 2 3 4 5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

Epoxy Resin Experimental

Theoretical

Impact Energy = 1,25 Jouleσ

r /

σο

Number of impacts

d = 1.00879

α = -0.06208

Δηάγξακκα 7.19 Πξφβιεςε κνληέινπ Παπαληθνιάνπ – ηαπξφπνπινπ γηα ηελ ππνβάζκηζε ηεο

κέγηζηεο αληνρήο ζε θάκςε, ζε δνθίκηα επνμεηδηθήο ξεηίλεο.

100 1000 10000 100000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

d = 1.04909

α = -0.00969

Experimental

Theoretical

σr

/ σ

ο

Number of impacts

PMMA




κέγηζηεο αληνρήο ζε θάκςε, ζε δνθίκηα πνιπκεζαθξπιηθνχ κεζπιεζηέξα.


118

0 100000 200000 300000 400000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

d = 14.74272

α = -0.40449

Experimental

Theoretical

σr

/ σ

ο

Number of impacts

Carbon Epoxy




κέγηζηεο αληνρήο ζε θάκςε, ζε δνθίκηα CFRP.

0 100000 200000 300000 400000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

d = 1.89668

α = -0.07515

Experimental

Theoretical

σr

/ σ

ο

Number of impacts

Glass Epoxy




κέγηζηεο αληνρήο ζε θάκςε, ζε δνθίκηα GFRP (4 Hz).


119

0 100000 200000 300000 400000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

d = 2.80633

α = -0.11229

Experimental

Theoretical

σr

/ σ

ο

Number of impacts

Glass Epoxy




κέγηζηεο αληνρήο ζε θάκςε, ζε δνθίκηα GFRP (6 Hz).

7.6.2 Μνληέιν Πξόβιεςεο ησλ Ελαπνκελνπζώλ Ιδηνηήησλ – R.P.M. (Residual

Property Model)

Ο ηξφπνο εθαξκνγήο ηνπ κνληέινπ πξφβιεςεο ησλ ελαπνκελνπζψλ ηδηνηήησλ

ησλ πιηθψλ πεξηγξάθεθε αλαιπηηθά ζην Κεθάιαην 6 (Παξάγξαθνο 6.3.2).

αθνινπζψληαο απηή ηε δηαδηθαζία θαη έρνληαο ππνινγίζεη ηελ παξάκεηξν

ππνβάζκηζεο (ι), ε νπνία εμαξηάηαη απφ ηελ αηηία ππνβάζκηζεο, ζρεδηάζηεθαλ ηα

παξαθάησ δηαγξάκκαηα, ζηα νπνία θαίλεηαη ε ζεσξεηηθή πξφβιεςε ηνπ κνληέινπ

R.P.M. γηα ηνπο ιφγνπο κείσζεο ηνπ κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο ζε θάκςε θαη ηεο

κέγηζηεο θακπηηθήο αληνρήο, ζπλαξηήζεη ηνπ αξηζκνχ ησλ θξνχζεσλ θαη ζε

αληηπαξαβνιή κε ηα πεηξακαηηθά απνηειέζκαηα, γηα θάζε πιηθφ. Οη ζεσξεηηθέο

πξνβιέςεηο, φπσο θαη ζην πξνεγνχκελν κνληέιν πνπ εθαξκφζηεθε, είραλ πάξα πνιχ

θαιή ζχγθιηζε κε ηα πεηξακαηηθά απνηειέζκαηα.


120

0 1 2 3 4 5

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Impact Energy = 1,25 Joule

Experimental

R.P.M. Model

Epoxy Resin

Er

/ E

o

Number of impacts

λ = 0,22645

Δηάγξακκα 7.24 Πξφβιεςε κνληέινπ R.P.M. γηα ηελ ππνβάζκηζε ηνπ κέηξνπ ειαζηηθφηεηαο ζε

θάκςε, γηα δνθίκηα επνμεηδηθήο ξεηίλεο.

0 1 2 3 4 5

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

λ = 0,23648

Epoxy Resin

Impact Energy = 1,25 Joule

Experimental

R.P.M. Model

σr

/ σ

o

Number of impacts

Δηάγξακκα 7.25 Πξφβιεςε κνληέινπ R.P.M. γηα ηελ ππνβάζκηζε ηεο κέγηζηεο αληνρήο ζε θάκςε,

γηα δνθίκηα επνμεηδηθήο ξεηίλεο.


121

100 1000 10000 100000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

λ = 1,57639E-4



Experimental

R.P.M. Model

PMMA

Er

/ E

o

Number of impacts


θάκςε, γηα δνθίκηα πνιπκεζαθξπιηθνχ κεζπιεζηέξα.

100 1000 10000 100000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

λ = 1,25386E-4



PMMA Experimental

R.P.M. Model

σr

/ σ

o

Number of impacts


γηα δνθίκηα πνιπκεζαθξπιηθνχ κεζπιεζηέξα.


122

0 100000 200000 300000 400000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

λ = 4,58992E-5



Experimental

R.P.M. Model

Carbon Epoxy

Er

/ E

o

Number of impacts


θάκςε, γηα δνθίκηα CFRP.

0 100000 200000 300000 400000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

λ = 4,69776E-5



Carbon Epoxy Experimental

R.P.M. Model

σr

/ σ

o

Number of impacts


γηα δνθίκηα CFRP.


123

0 100000 200000 300000 400000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

λ = 1,80707E-5



Experimental

R.P.M. Model

Glass Epoxy

Er

/ E

o

Number of impacts


θάκςε, γηα δνθίκηα GFRP (4 Hz).

0 100000 200000 300000 400000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

λ = 9,449E-5



Glass Epoxy Experimental

R.P.M. Model

σr

/ σ

o

Number of impacts


γηα δνθίκηα GFRP (4 Hz).


124

0 100000 200000 300000 400000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

λ = 1,54115E-5



Experimental

R.P.M. ModelGlass Epoxy

Er

/ E

o

Number of impacts


θάκςε, γηα δνθίκηα GFRP (6 Hz).

0 100000 200000 300000 400000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

λ = 8,73536E-5



Glass Epoxy Experimental

R.P.M. Model

σr

/ σ

o

Number of impacts


γηα δνθίκηα GFRP (6 Hz).


125

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

ΗΛΔΚΣΡΟΝΙΚΗ ΜΙΚΡΟΚΟΠΙΑ ΑΡΧΗ

(S.E.M.)

ε απηφ ην θεθάιαην παξαηίζεληαη θσηνγξαθίεο απφ ειεθηξνληθφ

κηθξνζθφπην ζάξσζεο (S.E.M.), δνθηκίσλ πνπ έρνπλ ππνζηεί θξνχζε. Οη

θσηνγξαθίεο έρνπλ ιεθζεί εληφο θαη εθηφο ηεο πεξηνρήο θξνχζεο, ζε δηάθνξεο

κεγεζχλζεηο.

Εηθόλα 8.1 Με θξνπζκέλε πεξηνρή ζε δνθίκην επνμεηδηθήο ξεηίλεο (Μεγέζπλζε 500x). Παξαηεξνχκε

αηέιεηεο ζην δνθίκην (θίηξηλνο θχθινο), φπσο επίζεο θαη αθαζαξζίεο (θφθθηλνο θχθινο), πνπ

πξνέξρνληαη απφ ην θαινχπη θαη ην απνθνιιεηηθφ θεξί πνπ απιψζεθε ζηελ επηθάλεηά ηνπ.


126

Εηθόλα 8.2 πλνιηθή άπνςε ηεο πεξηνρήο θξνχζεο δνθηκίνπ επνμεηδηθήο ξεηίλεο (Μεγέζπλζε 40x). Η

αλνηρηφρξσκε πεξηνρή είλαη ην ίρλνο πνπ αθήλεη ζην δνθίκην, ην θξνπζηηθφ ζψκα κεηά ηελ θξνχζε.

Εηθόλα 8.3 Φσηνγξαθία εζσηεξηθά ηεο θξνπζκέλεο πεξηνρήο δνθηκίνπ επνμεηδηθήο ξεηίλεο

(Μεγέζπλζε 500x). Η βιάβε απφ ηελ θξνχζε είλαη εκθαλήο, απφ ηνπο θξαηήξεο (θίηξηλνη θχθινη) πνπ

έρνπλ αλνίμεη ζηελ επηθάλεηα ηνπ δνθηκίνπ. Δπίζεο θαίλνληαη θαη ζξαχζκαηα ηεο επηθάλεηαο ηνπ

δνθηκίνπ (θφθθηλνη θχθινη).


127

Εηθόλα 8.4 Μεγέζπλζε (1500x) ηεο Δηθφλαο 8.3, εληφο ηεο πεξηνρήο θξνχζεο. Απεηθνλίδεηαη

ιεπηνκεξέζηεξα ν κεγάινο θξαηήξαο ηεο πξνεγνχκελεο εηθφλαο, απνηέιεζκα εθηεηακέλεο βιάβεο ζε

απηφ ην ζεκείν.

Εηθόλα 8.5 Με θξνπζκέλε πεξηνρή ζε δνθίκην PMMA (Μεγέζπλζε 500x). Παξαηεξείηαη ε ιεία θαη

ζηηιπλή επηθάλεηα ηνπ δνθηκίνπ. Σα ιεπθά ζηίγκαηα είλαη αθαζαξζίεο ηεο επηθάλεηαο.


128

Εηθόλα 8.6 πλνιηθή άπνςε ηεο πεξηνρήο θξνχζεο (αλνηρηφρξσκε πεξηνρή ζην θέληξν ηεο εηθφλαο),

ζε δνθίκην PMMA (Μεγέζπλζε 40x).

Εηθόλα 8.7 Κξνπζκέλε πεξηνρή ζε δνθίκην PMMA (Μεγέζπλζε 500x). Παξαηεξνχληαη φξε θαη

θνηιάδεο (θίηξηλνο θχθινο), αιιά θαη ζξαχζκαηα (θφθθηλνη θχθινη), ζηελ επηθάλεηα ηνπ δνθηκίνπ,

απνηέιεζκα ηεο θξνπζηηθήο θαηαπφλεζεο.


129

Εηθόλα 8.8 Με θξνπζκέλε πεξηνρή ζε δνθίκην CFRP (Μεγέζπλζε 500x). Παξαηεξνχληαη νη ίλεο

άλζξαθα (θφθθηλα βειάθηα) θαη ε δηεχζπλζή ηνπο, φπσο θαη θάπνηεο αηέιεηεο (θίηξηλνη θχθινη), πξντφλ

ηεο δηαδηθαζίαο παξαγσγήο.

Εηθόλα 8.9 Κξνπζκέλε πεξηνρή ζε δνθίκην CFRP (Μεγέζπλζε 500x). Παξαηεξνχκε πσο νη ίλεο έρνπλ

ζπκπηεζηεί κεηαμχ ηνπο κεηά ηελ θξνχζε, ζε θάπνηα ζεκεία έρνπλ παξακνξθσζεί (θφθθηλνη θχθινη)

θαη αιινχ έρνπλ ζπάζεη (θίηξηλνο θχθινο).


130

Εηθόλα 8.10 Με θξνπζκέλε πεξηνρή ζε δνθίκην GFRP (Μεγέζπλζε 500x). Η ζθνπξφρξσκε πεξηνρή

πηζαλφλ λα είλαη πεξηνρή κε δηαθνξεηηθή ππθλφηεηα ξεηίλεο πνπ δηαβξέρεη ην χθαζκα ησλ ηλψλ

γπαιηνχ, ζε ζρέζε κε ηηο παξαθείκελεο πεξηνρέο. Σα ιεπθά ζηίγκαηα ζηα δεμηά ηεο θσηνγξαθίαο είλαη

αθαζαξζίεο ηεο επηθάλεηαο.

Εηθόλα 8.11 Πεξηνρήο θξνχζεο δνθηκίνπ GFRP (Μεγέζπλζε 500x). Φαίλνληαη ην ίρλνο ηνπ

θξνπζηηθνχ ζψκαηνο (θίηξηλνο θχθινο) θαη ζπαζκέλεο ίλεο γπαιηνχ (θφθθηλνο θχθινο), κεηά ηε

θξνχζε.


131

Εηθόλα 8.12 Μεγέζπλζε (1000x) Δηθφλαο 8.11, κε ιεπηνκεξέζηεξε απεηθφληζε ηνπ ίρλνπο ηνπ

θξνπζηηθνχ ζψκαηνο ζηελ επηθάλεηα ηνπ δνθηκίνπ GFRP.


132

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9

ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ

ηελ παξνχζα κεηαπηπρηαθή εξγαζία εηδίθεπζεο, πξαγκαηνπνηήζεθε ηφζν

πεηξακαηηθή φζν θαη ζεσξεηηθή κειέηε ηεο ζπκπεξηθνξάο πνιπκεξηθψλ πιηθψλ θαη

πνιπκεξηθψλ ζχλζεησλ πιηθψλ, ζε ρακειήο ελέξγεηαο επαλαιακβαλφκελε θξνπζηηθή

θαηαπφλεζε. Πξαγκαηνπνηήζεθαλ πεηξάκαηα επαλαιακβαλφκελεο θξνχζεο ζε δχν

δηαθνξεηηθέο δηαηάμεηο ειεχζεξεο πηψζεο ζψκαηνο. ηελ πξψηε δηάηαμε ην δνθίκην

είρε ηε κνξθή πιάθαο, ελψ ζηε δεχηεξε δηάηαμε είρε ηε κνξθή δνθνχ. Σα

πνιπκεξηθά δνθίκηα ήηαλ απφ επνμεηδηθή ξεηίλε θαη πνιπκεζαθξπιηθφ κεζπιεζηέξα,

ελψ ηα δνθίκηα ησλ ζχλζεησλ πιηθψλ ήηαλ πνιπκεξηθά, ην έλα εληζρπκέλν κε ίλεο

άλζξαθα θαη ην άιιν κε ίλεο γπαιηνχ. Μεηά ηα πεηξάκαηα θξνχζεο αθνινχζεζαλ

πεηξάκαηα θάκςεο ηξηψλ ζεκείσλ γηα ην ραξαθηεξηζκφ ησλ ελαπνκελνπζψλ

κεραληθψλ ηδηνηήησλ (Δ & ζmax) ησλ δνθηκίσλ.

ε φια ηα δνθίκηα παξαηεξήζεθε ππνβάζκηζε ηεο δπζθακςίαο θαη ηεο

αληνρήο ζε θάκςε, απμαλνκέλνπ ηνπ αξηζκνχ θξνχζεσλ. ηα δνθίκηα ηεο

επνμεηδηθήο ξεηίλεο νη κεραληθέο ηδηφηεηεο ππνβαζκίδνληαλ κε ζηγκνεηδή κνξθή, ελψ

ζηα ππφινηπα δνθίκηα κεηψλνληαλ κε εθζεηηθή κνξθή.

Η ππνβάζκηζε ησλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ, αλάινγα κε ην πιηθφ, νθεηιφηαλ θαη

ζε δηαθνξεηηθφ κεραληζκφ. ηα δνθίκηα ηεο επνμεηδηθήο ξεηίλεο ε ππνβάζκηζε

νθεηιφηαλ ζηε ζπκπίεζε ησλ καθξνκνξηαθψλ αιπζίδσλ θαη ζηελ αζξνηζηηθή βιάβε

πνπ ζπζζσξεπφηαλ κεηά απφ θάζε θξνχζε. ηνλ πνιπκεζαθξπιηθφ κεζπιεζηέξα ην

θαηλφκελν ηνπ crazing έπαημε θαζνξηζηηθφ ξφιν ζηελ ππνβάζκηζε ησλ κεραληθψλ


133

ηδηνηήησλ, ην νπνίν ζε πξνρσξεκέλν ζηάδην εμειηζζφηαλ ζε δηάδνζε ξσγκψλ. ηα

πνιχζηξσηα δνθίκηα ζχλζεηνπ πιηθνχ κε ελίζρπζε ηλψλ άλζξαθα, ε απνθφιιεζε ησλ

ζηξψζεσλ ήηαλ ν θχξηνο ιφγνο ππνβάζκηζεο θαη αζηνρίαο, ελψ ζηα δνθίκηα ζχλζεηνπ

πιηθνχ κε ελίζρπζε ηλψλ γπαιηνχ, ε βιάβε ησλ ηλψλ θαηαξρήλ θαη ε βιάβε ζην

κεηξηθφ πιηθφ θαηφπηλ, ήηαλ νη κεραληζκνί ππνβάζκηζεο ησλ ελαπνκελνπζψλ

ηδηνηήησλ.

Όζνλ αθνξά ηελ εθαξκνγή ησλ δχν κνληέισλ θαη ηε ζεσξεηηθή πξφβιεςε

ηεο ππνβάζκηζεο ησλ κεραληθψλ ηδηνηήησλ, φισλ ησλ πιηθψλ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ

ζηα πιαίζηα ηεο παξνχζαο εξγαζίαο, ηα απνηειέζκαηα ήηαλ άθξσο ηθαλνπνηεηηθά,

κηαο θαη ηα πεηξακαηηθά απνηειέζκαηα είραλ πνιχ θαιή ζχγθιηζε κε ηηο ζεσξεηηθέο

πξνβιέςεηο ησλ κνληέισλ, απνδεηθλχνληαο ηελ αμηνπηζηία ηνπο.

Σέινο, αμίδεη λα ζεκεησζεί πσο ην δεχηεξν κνληέιν πνπ εθαξκφζηεθε

(R.P.M.), νπζηαζηηθά απαηηείηαη ε ρξήζε ελφο κνλαδηθνχ πεηξακαηηθνχ ζεκείνπ γηα

ηε ιεηηνπξγία ηνπ, γεγνλφο πνπ ην θαζηζηά ηδηαίηεξα απιφ θαη ιεηηνπξγηθφ. Δπηπιένλ,

ην ίδην κνληέιν κπνξεί, πέξαλ ηεο πξφβιεςεο ηεο δπζθακςίαο θαη ηεο αληνρήο ηνπ

πιηθνχ, λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηελ πξφβιεςε νπνηαζδήπνηε άιιεο θπζηθήο ή

κεραληθήο ηδηφηεηαο πνπ επεξεάδεηαη απφ ηε βιάβε, ν ηχπνο ηεο νπνίαο κπνξεί λα

νθείιεηαη ζε νπνηαδήπνηε πεγή βιάβεο (κεραληθή, απνξξφθεζε πγξαζίαο, ζεξκηθή

θφπσζε θ.η.ι.).

Βηβιηνγξαθία

134

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Παληειήο Γ., '' Με Μεηαιιηθά Σερληθά Τιηθά: Γνκή - Ιδηόηεηεο – Σερλνινγία -

Δθαξκνγέο'', Δθδόζεηο Παπαζσηεξίνπ,1996.

2. Παπαληθνιάνπ Γ., Μνπδάθεο Γ.,'' ύλζεηα Τιηθά'', Δθδόζεηο Κιεηδάξηζκνο, 2007.

3. Νηόληνο Α., ”πλζεηηθά Μαθξνκόξηα – Βαζηθή Θεώξεζε”, Δθδόζεηο Κσζηαξάθε,

2002.

4. http://www.iok.gr/documents/ .

5. http://www.azom.com/default.asp .

6. http://www.matbase.com/material/polymers/commodity/pmma/properties .

7. Παπαληθνιάνπ Γ., εκεηώζεηο καζήκαηνο “ύλζεηα Τιηθά”, Γ.Π.Μ.. “Δπηζηήκε

& Σερλνινγία Πνιπκεξώλ”, Παλεπηζηήκην Παηξώλ, 2010.

8. Kutz M., “Handbook of Materials Selection”, John Wiley & Sons, 2002.

9. Μπνπξόπνπινο Ν., Παύινπ Ο., εκεηώζεηο καζήκαηνο “Δπηζηήκε Τιηθώλ IV –

Δηζαγσγή ζηα Βηνϋιηθά”, Σκήκα Δπηζηήκεο ησλ Τιηθώλ, Παλεπηζηήκην Παηξώλ, 2003.

10. Chawla K., “Composite Materials – Science and Engineering, Second Edition”,

Springer Science + Business Media Inc., 1998.

11. Ismail N., “Strengthening of bridges using CFRP composites”, 5th

International

Conference on Current and Future Trends in Bridge Design, Construction and

Maintenance, Beijing, China, 2007.

12. Brady G., Clauser H., Vaccari J., “Materials Handbook – Fifteenth Edition”,

McGraw-Hill Professional, 2002.

13. http://www.trojanproducts.co.uk/ .


135

14. Young H., “Παλεπηζηεκηαθή Φπζηθή, Μεραληθή – Θεξκνδπλακηθή, Σόκνο Α‟”,

Δθδόζεηο Παπαδήζε, 1994.

15. Richardson M.O.W., Wisheart M.J., “Review of low-velocity impact properties of

composite materials”, Composites Part A, Volume 27, Issue 12, pages 1123-1131,

1996.

16. ηαπξόπνπινο Υ., “Πξόβιεςε ηεο ελαπνκέλνπζαο αληνρήο πνιπζηξώησλ ηλσδώλ

ζπλζέησλ πιηθώλ κεηά από θξνύζε θαη βειηίσζε ηεο θξνπζηηθήο ζπκπεξηθνξάο ηνπο κε

ηελ εηζαγσγή εληζρπηηθώλ πιαζηηθώλ ζηξώζεσλ”, Γηδαθηνξηθή Γηαηξηβή, Σκήκα

Μεραλνιόγσλ Μεραληθώλ & Αεξνλαππεγώλ, Παλεπηζηήκην Παηξώλ, 1998.

17. Cantwell W.J., Morton J., “The impact resistance of composite materials – a

review”, Composites, Volume 22, Issue 5, pages 347-362, 1991.

18. Chang F.K., Choi H.Y., Jeng S.T., “Study on impact damage in laminated

composites”, Mechanics of Materials, Volume 10, Issues 1-2, pages 83-95, 1990.

19. Choi H.Y., Downs R.J., Chang F.K., “A new approach toward understanding

damage mechanisms and mechanics of laminated composites due to low-velocity

impact: Part I-Experiments”, Journal of Composite Materials, Volume 25, No. 8,

pages 1012-1038, 1991.

20. Zukas J.A., “Impact dynamics: Theory and experiment”, US Army Ballistic

Research Laboratory, 1980.

21. Stavropoulos C.D., Papanicolaou G.C., “Effect of thickness on the compressive

performance of ballistically impacted carbon fibre reinforced plastic (CFRP)

laminates”, Journal of Materials Science 32, Number 4, pages 931-936, 1997.

22. Papanicolaou G.C., “Dependence of the impact strength of particulate composites

on the temperature and filler volume fraction”, Materials Chemistry and Physics,

Volume 18, Issues 1-2, pages 49-56, 1987.


136

23. Κεξκαλίδεο Θ., “Αληνρή Τιηθώλ – Σόκνο 2”, Δθδόζεηο Κ. Πεηξόπνπινο & ηα

Ο.Δ., 2000.

24. Κνπηζνκεηνπνύινπ Αλαζηαζία, “Πεηξακαηηθή Μειέηε θαη Μνληεινπνίεζε ηεο

Δπίδξαζεο ηεο Θεξκηθήο Κόπσζεο ζηε Μεραληθή πκπεξηθνξά πλζέησλ Τιηθώλ

Δπνμεηδηθήο Ρεηίλεο Δληζρπκέλεο κε Κόθθνπο Διαηνππξήλα”, Μεηαπηπρηαθή Δξγαζία

Δηδίθεπζεο, Γ.Π.Μ.. „„Δπηζηήκε θαη Σερλνινγία Πνιπκεξώλ‟‟, 2009.

25. Saadati P., Baharvand H., Rahimi A., Morshedian J., “Effect of modified Liquid

rubber on increasing toughness of epoxy resins”, Iranian Polymer Journal, Volume

14, Issue 7, pages 637-646, 2005.

26. Singla M., Chawla V., “Mechanical properties of epoxy resin – fly ash

composite”, Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering,

Volume 9, No. 3, pages 199-210, 2010.

27. Shenoy M.A., Mrinalini P., Shetty A., “Modification of epoxy resin by addition of

bismaleimide and diallyl phthalate”, Polymer Engineering & Science, Volume 47,

Issue 11, pages 1881-1888, 2007.

28. Papadopoulos D., Ghadiri M., “Impact breakage of poly-methylmethacrylate

(PMMA) extrudates: I. Chipping mechanism”, Advanced Powder Technology,

Volume 7, Issue 3, pages 183-197, 1996.

29. Liu Y., Liaw B., “Drop-weight impact tests and finite element modeling of cast

acrylic plates”, Polymer Testing, Volume 28, Issue 6, pages 599-611, 2009.

30. Hosseinzadeh R., Shokrieh M.M., Lessard L., “Damage Behavior of fiber

reinforced composite plates subjected to drop weight impacts”, Composite Science

and Technology, Volume 66, Issue 1, pages 61-68, 2006.

31. Kim J.K., Mackay D.B., Mai Y.W., “Drop-weight impact damage tolerance of

CFRP with rubber-modified epoxy matrix”, Composites, Volume 24, Issue 6, pages

485-494, 1993.


137

32. Wyrick D.A., Adams D.F., “Damage sustained by a carbon/epoxy composite

material subjected to repeated impact”, Composites, Volume 19, Issue 1, pages 19-

27, 1988.

33. Delfosse D., Poursartip A., “Energy-based approach to impact damage in CFRP

laminates”, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Volume 28,

Issue 7, pages 647-655, 1997.

34. Papanicolaou G.C., Stavropoulos C.D., “New approach for residual compressive

strength prediction of impacted CFRP laminates”, Composites, Volume 26, Issue 7,

pages 517-523, 1995.

35. Papanicolaou G.C., Samoilis G., Giannis S., Barkoula N.M., Karger-Kocsis J., “A

model for the accurate prediction of the residual strength after damage due to impact

and erosion of FRPs”, Recent Advances In Experimental Mechanics, Volume 2, pages

175-184, 2004.

36. Zhang Z.Y., Richardson M.O.W., “Low velocity impact induced damage

evaluation and its effect on the residual flexural properties of pultruded GRP

composites”, Composite Structures 81, Issue 2, pages 195-201, 2007.

37. Mouritz A.P., Gallagher J., Goodwin A.A., “Flexural strength and interlaminar

shear strength of stitched GRP laminates following repeated impacts”, Composites

Science and Technology, Volume 57, Issue 5, pages 509-522, 1997.

38. Zhou G., “Effect of impact damage on residual compressive strength of glass-

fibre reinforced polyester (GFRP) laminates”, Composite Structures, Volume 35,

Issue 2, pages 171-181, 1996.

39. Belingardi G., Vadori R., “Low velocity impact tests of laminate glass-fiber-epoxy

matrix composite material plates”, International Journal of Impact Engineering,


40.http://www.sv.vt.edu/classes/MSE2094_NoteBook/96ClassProj/experimental/electr

on.html


138

41. Papanicolaou G. C., Kosmidou Th.V., Vatalis A. S., Delides C. G., “Water

Absorption Mechanism and Some Anomalous Effects on the Mechanical and

Viscoelastic Behavior of an Epoxy System”, Journal 0f Applied Polymer Science,


Documents

Athanasios Bogris (AM 143) - Master Thesis.pdf