ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΚΑΙ ΠΑΡΑΚΑΛΟΥΘΗΣΗ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ & ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΚΑΙ ΠΑΡΑΚΑΛΟΥΘΗΣΗ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ του φοιτητή ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΡΑΤΟΠΟΥΛΟΥ Επιβλέπων καθηγητής : Παπαγεωργίου Κωνσταντίνος Αναπληρωτής Καθηγητής Χίος,

Ευχαριστίες Θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες μου σε όλους εκείνους που με βοήθησαν και με στήριξαν ώστε να πραγματοποιηθεί η διπλωματική μου εργασίας ώστε να έχω ένα επιθυμητό αποτέλεσμα. Θέλω να ευχαριστήσω: Τον κ. Παπαγεωργίου Κωνσταντίνο, Αναπληρωτή Καθηγητή του τμήματος Μηχανικών Οικονομίας και Διοίκησης της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Αιγαίου, και Επιβλέποντα Καθηγητή της διπλωματικής μου εργασίας, για την καθοδήγησή του, την υπομονή του και επιμονή του που συνέβαλε καθοριστικά στην πραγματοποίηση και στη συγγραφή της διπλωματικής μου εργασίας. Τον κ. Ανδρικόπουλο Ανδρέα, Λέκτορα στο τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων, Σχολή Επιστημών της Διοίκησης του Πανεπιστημίου για τις προτάσεις και καθοδήγησή του για καλύτερη προσέγγιση του θέματος από οικονομικής άποψης καθώς και για τη συμμετοχή του στην εξεταστική επιτροπή. Τον κ. Μαΐστρο Γιώργο, Πανεπιστημιακός Υπότροφος στο τμήμα Μηχανικών Οικονομίας και Διοίκησης, της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Αιγαίου, για τον χρόνο που διέθεσε και την αποδοχή της πρόσκλησης να αποτελέσει μέλος της τριμελούς επιτροπής. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω τους φίλους και συναδέλφους μου, που στάθηκαν δίπλα μου σε όλες τις δύσκολες στιγμές και με ώθησαν ώστε να προσπαθήσω και να προσπαθώ!!

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Κεφάλαιο 1 ο Διαδικασίες παραγωγής σύνθετων υλικών... - 1.1 Ιστορική αναδρομή και η εξέλιξη των σύνθετων υλικών... -9 1. Μέθοδοι παραγωγής σύνθετων υλικών... 9-1 1..1 Χειρωνακτική διαδικασιά μόρφωσης διαστρωμάτωσης-«hand lay-up». 1-1 1.. Διαστρωμάτωση με προκατασκευασμένες στρώσεις- «prepreg lay-up» 1-14 1.. Μόρφωση σύνθετου υλικού μέσω περιβλήματος «bag molding»... Σφάλμα! Δεν έχει οριστεί σελιδοδείκτης.14-1 1..4 Διαμόρφωση μέσω κλιβάνου-«autoclave processing»... 1-16 1.. Εκμαγείο συμπίεσης compressionmolding... 16-1 1..6 Καλούπι ρητινεύσεως - resin transfer molding (RTM)... 1-19 1.. Διαδικασία παραγωγής με έλξη pultrusion... 19-1 1.. Διαδικασία περιέλιξης - filament winding... 1- Κεφάλαιο ο Τεχνικές παρακολούθησης σκλήρυνσης ρητίνης....1 Θερμικές μετρήσεις....1.1 Θερμική απεικόνιση (Thermal imaging)... -4.1. Ανιχνευτές θερμοκρασίας αντίστασης (Resistance Temperature Detectors) 4.1. Θερμοχρωμικές συσκευές (Thermochromic devices)... 4-.1.4 Θερμοστοιχεία (Thermocouples).... Μετρήσεις φυσικής ακουστικής συχνότητας (Acoustic Natural Frequency Measurements... -6..1 Διέγερση κρούσης (Impact Excitation)... 6.. Διέγερση με ηχητικό κύμα (Sound Wave Excitation)... 6-. Μετρήσεις υπερηχητικής ταχύτητας (Ultrasonic Velocity Measurements).....1 Μέσω μετάδοσης (Through Transmission)... -.. Παλμική ηχώ (Pulse-Echo)... -9.4 Μετρήσεις τάσεων με τη χρήση οπτικών ινών (Fibre Optic Strain Measurements)... 9- Κεφάλαιο ο Τεχνική παρακολούθησης με τη χρήση διηλεκτρικών αισθητήρων (Dielectric Measurements)... 1-.1 Ισοδύναμα κυκλώματα (Equivalent Circuits)... -. Αγωγιμότητα (Conductivity)... -4. Διηλεκτρικοί αισθητήρες ως μέσω μέτρησης (Dielectric Sensors)... 4- Κεφάλαιο 4 ο Πειραματική μέθοδος... 6-4.1 Περιγραφή προ πειραματικής διαδικασίας... Κεφάλαιο ο Ανάλυση πειραμάτων... -4

.1 Πειραμα 1... -41. Πειραμα... 41-44. NCC Πείραμα... 44-4 Κεφάλαιο 6 ο Χρηματοοικονομική Ανάλυση... 4-6 6.1 Γενικές πληροφορίες... 4-49 6. Καθαρή Παρούσα Αξία... 49-4 6. Ανάλυση Ευαισθησίας... -6 Κεφάλαιο ο Συμπεράσματα... - Βιβλιογραφία... - Κατάλογος Πινάκων και Σχημάτων Σχήμα 1..1.1:Χειρωνακτική διαδικασία διαστρωμάτωσης... 1 Πίνακας 1..1.1:Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα της διαδικασία χειρωνακτικής διαστρωμάτωσης... 1 Πίνακας 1..1.: Εφαρμογές της διαδικασίας χειρωνακτικής διαστρωμάτωσης (handlay-up)... 1 Πίνακας 1...1: Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της διαδικασίας διαμόρφωσης με προκατασκευασμένες στρώσεις (prepreg-lay-up)... 14 Σχήμα 1...1: Εκμαγείο συμπίεσης... 1 Σχήμα 1..6.1: Resin Transfer Molding (RTM).... 1 Σχήμα 1...1: Διαδικασία παραγωγής με έλξη pultrusion... Εικόνα.1.1.1: Βασική διαδικασία απεικόνισης υπέρυθρης θερμογραφίας... 4 Εικόνα.1..1:Παλάμη σε επαφή με θερμοχρωμικά φύλλα οπού παρατηρείται αλλαγή χρωμματων σε σχέση με το περιβάλλοντα χώρο... Εικόνα.1.4.1: Βασική λειτουργία τον thermocouples... Εικόνα..1.1: Δόνηση μίας ορθογώνιας ράβδου... 6 Εικόνα...1: Παρακολούθηση ακουστικής σκλήρυνσης ενός συγκολλητικού δεσμού... Εικόνα..1.1:Μέθοδος μετάδοσης μέσω υπερήχων με τυπικό λαμβανόμενο σήμα Εικόνα...1: Έλεγχος υπερήχων παλμού-ηχω με το χαρακτηριστικό εισερχόμενο σήμα... 9 Εικόνα.4.1: Τυπική δομή οπτικής ίνας με πλέγμα Bragg... Εικόνα.1: Σχέση πλάτους και φάσης μεταξύ εφαρμοζόμενης τάσης και ανταπόκρισης του ρεύματος... 1 Εικόνα.1.1: Παραδείγματα αναμενόμενης ηλεκτρικής απόκρισης για κάθε έναν από αυτούς τους τύπους συμπεριφοράς τυπική απάντηση υλικού σε ηλεκτρικό πεδίο: χα- 4

λάρωση (πάνω αριστερά), αγωγιμότητα (πάνω δεξιά) και συνδυασμένη αγωγή και χαλάρωση (χαμηλότερη).... - Εικόνα..1: Διάγραμμα αγωγιμότητας χρόνου... 4 Εικόνα..1:Βασικές παραλλαγές αισθητήρων διηλεκτρικού και τα προκύπτοντα η- λεκτρικά πεδία: Δια-ψηφιακή (αριστερά), παράλληλη πλάκα (κεντρική) και ομοαξονική (δεξιά)... 4 Εικόνα..: Διηλεκτρικός αισθητήρας προσαρμοσμένος σε καλούπι... Εικόνα 4.1: Προετοιμασία καλουπιού... 6 Εικόνα 4.: Το καλούπι με τον αισθητήρα προσαρμοσμένο έτοιμο για την εκκίνηση των πειραμάτων... Εικόνα.1.1: Διάγραμμα αγωγιμότητας- θερμοκρασίας- χρόνου για το 1 ο πείραμα.. 9 Εικόνα.1.: Διάγραμμα θερμοκρασίας- βαθμού πολυμερισμού συναρτήσει του χρόνου για το 1 ο πείραμα... 4 Εικόνα.1.: Διάγραμμα θερμοκρασίας- βαθμού πολυμερισμού συναρτήσει του χρόνου σε μεγέθυνση για το 1 ο πειράματος... 4 Εικόνα.1.4: Διάγραμμα ιξώδους- θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου για το 1 ο πείραμα... 41 Εικόνα.1.: Διάγραμμα του ιξώδους κατά την ισόθερμη αντίδραση του 1 ου πειράματος... 41 Εικόνα..1: Διάγραμμα αγωγιμότητας- θερμοκρασία συναρτήσει του χρόνου για το ο πείραμα... 4 Εικόνα..: Διάγραμμα ιξώδους-θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου για το 1 ο πείραμα... 4 Εικόνα..: Διάγραμμα ιξώδους συναρτήσει του χρόνου κατά την ισόθερμη αντίδραση του ου πειράματος... 4 Εικόνα..4: Διάγραμμα πολυμερισμού- θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου για το ο πείραμα... 44 Εικόνα..: Διάγραμμα πολυμερισμού-θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου σε μεγέθυνση του ου πειράματος... 44 Εικόνα..1: Διάγραμμα αγωγιμότητας- θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου του 1 ου αισθητήρα... 4 Εικόνα..: Διάγραμμα αγωγιμότητας- θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου για τον ου αισθητήρα... 46 Εικόνα..: Διάγραμμα αγωγιμότητας συναρτήσει του χρόνου του 1 ου και του ου αισθητήρα... 46 Εικόνα..4: Διάγραμμα πολυμερισμού συναρτήσει του χρόνου του 1 ου και του ου αισθητήρα... 4 Πίνακας 6..1:Καθαρή Παρούσα Αξία χωρίς τη χρήση αισθητήρα... Διάγραμμα 6..1: Αθροιστική Καθαρή Παρούσα Αξία χωρίς τη χρήση αισθητήρα- Έτος... 1

Πίνακας 6..: Αποτελέσματα 1 ου σεναρίου... 1 Πίνακας 6..: Καθαρή Παρούσα Αξία με τη χρήση αισθητήρα... Διάγραμμα 6..: Αθροιστική Καθαρή Παρούσα Αξία με τη χρήση αισθητήρα-έτος Πίνακας 6..4: Αποτελέσματα ου σεναρίου... Πίνακας 6..: Διαφορά ΚΠΑ... 4 Διάγραμμα 6..: Διαφορά Καθαρής Παρούσας Αξίας... 4 Πίνακας 6..1: Ανάλυση ευαισθησίας με βάση το προεξοφλητικό επιτόκιο... Διάγραμμα 6..1: Μεταβολή Καθαρής Παρούσας Αξίας- Προεξοφλητικό επιτόκιο... Πίνακας 6..: Ανάλυση ευαισθησίας με βάση τη μεταβολή λειτουργικών εξόδων... 6 Διάγραμμα 6..: Μεταβολή Καθαρής Παρούσας Αξίας- Λειτουργικά έξοδα... 6 Παράρτημα... 9-6 Πίνακας 1: Αποτελέσματα 1 ου πειράματος... 9-6 Πίνακας : Αποτελέσματα ου πειράματος... 66-6 6

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρακολούθηση των σύνθετων υλικών αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα τμήματα κατά την παραγωγή σύνθετων υλικών στο χώρο της βιομηχανίας. Συγκεκριμένα στις μέρες η παρακολούθηση της διαδικασίας της σκλήρυνσης αποτελεί ένα αναπόσπαστο της παραγωγής βιομηχανιών μεγάλου βεληνεκούς καθώς προσφέρει μια μεγάλη πληθώρα πλεονεκτημάτων. Σκοπός της εν λόγω διπλωματικής εργασίας είναι η ανάδειξη της χρήσης των διηλεκτρικών αισθητήρων κατά την παρακολούθηση της διαδικασίας σκλήρυνσης συνθέτου υλικού με χρήση καλουπιού και δημιουργία κενού αέρος. Η εργασία χωρίζεται σε κεφάλαια. Κατά την έναρξη της διπλωματικής στο 1 ο κεφάλαιο γίνεται μια γρήγορη ιστορική αναδρομή για την εξέλιξη των συνθέτων υλικών κατά την πάροδο των χρόνων. Στην συνέχεια στο ο κεφαλαίο παρουσιάζονται με εκτενή τρόπο οι μέθοδοι παραγωγής των συνθέτων υλικών καθώς και αναλύονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του κάθε τρόπου ξεχωριστά. Έπειτα στο ο και 4 ο κεφάλαιο αναφέρονται οι τεχνικές παρακολούθησης σκλήρυνσης με ιδιαίτερη επισήμανση στην τεχνική παρακολούθησης με την χρήση διηλεκτρικών αισθητήρων. Στο ο κεφάλαιο γίνεται η ανάλυση των πειραμάτων που πραγματοποιηθήκαν στο πλαίσιο ενίσχυσης και βελτιστοποίησης της εργασίας. Επιπλέον κατά το 6 ο κεφάλαιο γίνεται μια χρηματοοικονομική μελέτη στην οποία γίνεται ο έλεγχος σεναρίων σε ένα εκ των οποίων γίνεται η χρήση διηλεκτρικού αισθητήρα ένα στο άλλο όχι στο τέλος εφαρμόζεται μια ανάλυση ευαισθησίας. Τέλος κατά το ο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της χρηματοοικονομικής και των πειραμάτων Abstract Cure monitoring in composite materials is one of the most important parts at industry production. In our days cure monitoring consist an unbreakable part of huge industry productions because provides lots of benefits. This dissertation purpose is to highlight the use of dielectric sensors in cure with the use of mold and vacuum. This dissertation is divided in units. At the beginning in first chapter we have a quick historical retrospective for the evolution of composite materials over the years. Subsequently, the second chapter presents the methods of production of the composite materials in a comprehensive manner as well as analyzes the advantages and disadvantages of each mode separately. Then in the rd and 4th chapter are mentioned the cure monitoring techniques with particular emphasis on the monitoring technique using dielectric sensors. The fifth chapter analyzes the experiments carried out in the context of strengthening and optimizing the dissertation. In addition, in the 6th chapter, a financial study is carried out, in which there are scenarios in one of which is been used dielectric sensor and in other is not done, in the end a sensitivity analysis is applied. Finally, the th chapter presents the conclusions of the financial analyses and of the experiments.

Κεφάλαιο 1 ο Διαδικασίες παραγωγής σύνθετων υλικών 1.1 Ιστορική αναδρομή και η εξέλιξη των σύνθετων υλικών H χρήση των σύνθετων υλικών από τον άνθρωπο ξεκίνησε από τα αρχαία χρόνια. Ο άνθρωπός άρχισε να χρησιμοποίει υλικά που εύρισκε στην φύση (π.χ πέτρες ξύλο ), ο οποίος σύντομα έμαθε να βελτιώνει τα μηχανικά χαρακτηριστικά τους ενισχύοντας τα υλικά αυτά με άλλου είδους συστατικά. Επί παραδείγματι, στα χρόνια των Αιγυπτίων χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της ενίσχυσης τούβλων με πλέγμα άχυρων,γεγονός που είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση των τάσεων συστολής που αναπτύσσονταν κατά την ξήρανση του πηλού. Επιπλέον, παρατηρήθηκε ότι οι πλάκες με πολλές στρώσεις από βέργες ξύλου, εμφάνιζαν πολύ μεγαλύτερη αντοχή από το φυσικό ξύλο που οφειλόταν στην απορρόφηση υγρασίας. Στην Μεσοποταμία έγινε χρήση για πρώτη φόρα η τεχνική του βερνικώματος των τούβλων και των πλακιδίων,ο στόχος αυτής της τεχνικής ήταν ο περιορισμό της επιφανειακής φθοράς ενώ στην Ρωμαϊκή εποχή, η δημιουργία δρόμων στηρίχθηκε στην ενίσχυση του οδοστρώματος µε κομμάτια κεραμιδιών. Στην εποχή μας η εφαρμογή της σιδερόβεργας για προεκτεταμένο σκυρόδεμα, δεν είναι κάτι άλλο από μια μετατροπή της τεχνικής της ανάμειξης γύψου με τρίχωμα ζώου, η οποία ήταν μια τεχνική ενίσχυσης για την κατασκευή ευθραύστων υλικών στους τότε αναπτυσσόμενους πολιτισμούς.η πρώτη εμφάνιση σύνθετου υλικού βασισμένο σε μήτρα πλαστικού έγινε κατά την δεκαετία του 19 και επρόκειτο για μίγμα ινιδίων ξύλου με φαινολική φορμαλδεΰδη, το οποίο αργότερα ονομάστηκε βακελίτης προς τιμή του βέλγου επιστήμονα Leo Beakeland [1]. Στην εποχή μας κατά το πέρας των τελευταίων χρόνων η δημιουργία σύνθετων υλικών με ενίσχυση ινών εφαρμόστηκε με έντονους ρυθμούς και συνδυάστηκε με τη ανακάλυψη υψηλής αντοχής ινών γυαλιού και υψηλής δυσκαμψίας ινών βορίου (196), και την εφαρμογή των συνθέτων υλικών στην αεροδιαστημική βιομηχανία για μεγαλύτερη αποδοτικότητα με παράλληλη μείωση βάρους διαστημοπλοίων και των αεροσκαφών. Για πρώτη φόρα το 1964 διατέθηκαν στην αγορά διστακτικά οι ίνες άνθρακα (carbon fibers), οι οποίες κατά την διάρκεια των τελευταίων χρόνων αποτελούν τις ποίο διαδεδομένες ενισχύσεις στις αεροδιαστημικές κατασκευές.το 191 αξίζει να σημειωθεί ότι έκαναν για πρώτη φόρα εμφάνιση στο εμπόριο οι ίνες αραμιδιού, τις οποίες τώρα τις συναντάμε πιο συχνά στα ελαστικά αυτοκινήτων, όπως επίσης και σε πολλές αεροδιαστημικές και ναυπηγικές κατασκευές. Σημαντικό σημάδι της εξέλιξης των σύνθετων υλικών αποτελεί η συνεχείς αύξηση της ειδικής αντοχής (λόγος αντοχής προς πυκνότητα) και της ειδικής δυσκαμψίας (λόγος δυσκαμψίας προς πυκνότητα ) των ενισχυτικών ινών π.χ. η ειδική αντοχή και η ειδική δυσκαμψία των ινών του γυαλιού, άνθρακα, αραμιδίου και βορίου στην εποχή μας έχουμε καταφέρει να φτάσει στο 1-14πλάσιο των αντίστοιχων τιμών του αλουμινίου πράγμα που μέχρι πρότινος κάτι τέτοιο δεν ίσχυε. Η ανάπτυξη των σύνθετων υλικών πλέον φαίνεται στο ότι η χρήση τους καλύπτει τεράστιο κομμάτι των εφαρμογών καθώς και των νέων τεχνολογιών αιχµής και έχουν αλλάξει σχεδόν ριζικά τις μέχρι σήμερα γνώστες διαδικασίες σχεδίασης, παραγωγής, ελέγχου και συντήρησης. Το μεγάλο φάσμα ινών και ρητινών, όπως και οι διαφορε-

τικές τρόποι κατασκευής δίνουν την δυνατότητα στον σχεδιαστή να επιλέξει το καταλληλότερο για αυτόν σύστημα υλικών, σύστημα που έχει ειδικά χαρακτηριστικά και ιδιότητες που ικανοποιούν τις απαιτήσεις του σχεδιαστή, που πολλές φορές μπορεί να είναι και μοναδικά. Τα σύνθετα υλικά έχουν κατακτήσει την πρώτη θέση μεταξύ των κατασκευαστικών υλικών για το μεγαλύτερο εύρος εφαρμογών. Οι κυριότεροι από τους παράγοντες που οδήγησαν στην διεκδίκηση της θέσης ήταν οι πολύ καλύτερες μηχανικές τους ιδιότητες. Δηλαδή το μικρό βάρος, η υψηλή αντοχή, η εξαιρετική αντοχή σε διάβρωση, η εξαιρετική συμπεριφορά σε κόπωση, σε κρούση καθώς και στη διάδοση ρωγμών, οι εύκολες διαδικασίες παραγωγής και το ιδιαίτερα χαμηλό κόστος συντήρησης Παρόλα αυτά το σύνθετα υλικά εμφανίζουν και ορισμένα μειονεκτήματα που είναι τα υψηλά επίπεδα ερπυσμού, η μικρή αντίσταση σε μηχανική φθορά, η ιδιαίτερη και ευαίσθητη συμπεριφορά σε δύσκολες συνθήκες περιβάλλοντος (θαλάσσιο περιβάλλον, υψηλές θερμοκρασίες, κλπ.) όπως και το ιδιαίτερα αυξημένο αρχικό τους κόστος. Τα μειονεκτήματα αυτά, καταστέλλονται όλο και πιο αποτελεσματικά με την συνεχής τεχνολογική ανάπτυξη στην παραγωγή νέων και καλλίτερων ινών καθώς και ρητινών [1]. 1. Μέθοδοι παραγωγής σύνθετων υλικών Ανάλογα με τον τύπο ινών, συνδετικού υλικού που χρησιμοποιούμε, καθώς και η θερμοκρασία απαιτείται για την δημιουργία ενός τμήματος σύνθετου υλικού όπως και η στερεοποίηση του συνδετικού υλικού σε συνδυασμό με την επίδρασή του κόστους αποτελούν τους παράγοντες επιλογής της διαδικασίας παραγωγής ενός σύνθετου υλικού. Συχνό είναι το φαινόμενο αυτή η διαδικασία να είναι η τελική θεώρηση στο σχεδιασμό των σύνθετων υλικών. Το γεγονός αυτό προκύπτει από το κόστος, τον όγκο παραγωγής, τον ρυθμό παραγωγής και την δυνατότητα της διαδικασίας στο να παράγει τον εκάστοτε τύπο του δομικού στοιχείου που είναι επιθυμητό. Σε κάθε διαδικασία υπάρχουν αρκετοί περιορισμοί ως προς τον δομικό σχεδιασμό. Έτσι με την ύπαρξη αυτού του λόγου ο σχεδιαστής πρέπει να είναι γνώστης των περιορισμών, των πλεονεκτημάτων, του κόστους, την πορεία του σχεδιασμού, τον όγκο και τις γενικές χρήσεις διαφόρων παραγωγικών διαδικασιών. Κατά την δημιουργία ενός δομικού υλικού με την χρήση σύνθετων υλικών, το δομικό υλικό παράλληλα με την δόμηση σχεδιάζεται. Με την ύπαρξη της προαναφερθείσας παραμέτρου, είναι δυνατός ο σχεδιασμός κατασκευών υψηλών απαιτήσεων οι οποίες επιβάλλουν στον σχεδιαστή να ακολουθήσει συγκεκριμένο τρόπο παραγωγής του υλικού. Παρακάτω θα γίνει αναφορά των διαδικασιών παραγωγής σύνθετων υλικών και θα να αναλυθούν με λεπτομέρεια το τρόπος χρήση τους, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα. Οι διαδικασίες είναι οι εξής: Η χειρωνακτική διαδικασία μόρφωσης διαστρωμάτωσης (hand lay-up ), Η χρήση προκατασκευασμένων στρώσεων (prepreg lay-up ) Η μόρφωση μέσω περιβλήματος (bag molding) Η διαδικασία μόρφωσης μέσω κλιβάνου (autoclave processing) Μέσω εκμαγείου συμπίεσης (compression molding) Με χρήση καλουπιού ρητινεύσεως (resin transfer molding Η διαδικασία παραγωγής με έλξη (pultrusion) 9

Η διαδικασία περιέλιξης (filament winding) Η επεξεργασία των συνδετικών υλικών περιλαμβάνει τις ακόλουθες διεργασίες για την σωστή ολοκλήρωση των διαδικασιών : 1.Τοποθέτηση των ινών στο εκμαγείο κατά τον επιθυμητό προσανατολισμό.. Εμποτισμό (impregnation) των ινών με ρητίνες.. Στερεοποίηση (consolidation) των εμποτισμένων ινών και απομάκρυνση του περιττού όγκου ρητινών, του αέρα και λοιπών πτητικών ουσιών (volatiles). 4.Στερεοποίησητου πολυμερούς.. Εξαγωγή από το εκμαγείο. 6. Τελικές επεξεργασίες, όπως φινίρισμα κλπ. Οι παραπάνω διεργασίες κατά παραγωγή μπορεί να διαφέρουν από διαδικασία σε διαδικασία παρόλα αυτά εκτελούνται πάντα όλες. Επιπρόσθετα, μερικές από τις εργασίες υπάρχει δυνατότητα να συνδυαστούν και να συγχωνευτούν σε ένα απλούστερο βήμα με σκοπό την συρρίκνωση του χρόνου, π.χ. στη διαδικασία της περιέλιξης, η τοποθέτηση ινών, ο εμποτισμός και η στερεοποίηση γίνονται ταυτόχρονα. Εν κατακλείδι, ορισμένες από τις εργασίες δύναται να προηγηθούν άλλων, όπως π.χ. ο εμποτισμός (impregnation) των προκατασκευασμένων στρώσεων [1]. 1..1 Χειρωνακτική διαδικασία μόρφωσης διαστρωμάτωσης-«hand lay-up» Η μέθοδος παραγωγής σύνθετων υλικών της χειρωνακτικής διαδικασίας μόρφωσης μιας διαστρωμάτωσης (hand lay-up), αποτελεί την πιο απλή στην χρήση και συνάμα την πιο διαδεδομένη διαδικασία παραγωγής. Η διαδικασία αυτή ξεκινάει τη χειρωνακτική τοποθέτηση των ξηρών ενισχύσεων στο εκμαγείο (καλούπι) με την ταυτόχρονη εφαρμογή ρητίνης. Σε δεύτερη φάση, σύνθετο υλικό που βρίσκεται σε υγρή μορφή διαμορφώνεται με χειροκίνητα ρολά με σκοπό την η ομοιόμορφη διάστρωση και η απομάκρυνση των θυλάκων αέρα που μπορεί να οδηγήσουν στην δημιουργία κακού ποιοτικά υλικού. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρις ότου να έχουμε το επιθυμητό πάχους. Με αυτό τον τρόπο προκύπτει ένα σκεύασμα με διαδοχικές στρώσεις. Η έκλυση πτητικών ουσιών, όπως στυρένιο (styrene), είναι μεγάλη γεγονός που συμβαίνει και σε κάθε άλλη μέθοδο με ανοιχτά καλούπια. Αυτή η μέθοδος μπορεί να χωριστεί σε τρία βασικά βήματα: α) προετοιμασία καλουπιού, β) επικάλυψη με ζελατίνη (gel coating), γ) χειρονακτική διάστρωση (lay-up). Σχήμα 1..1.1 : Χειρωνακτική διαδικασία διαστρωμάτωσης 1

Ένα από τα πιο κρίσιμα στάδια της διαδικασίας είναι η προετοιμασία του καλουπιού. Το υλικό που μπορεί να αποτελείται το καλούπι μπορεί να είναι από ξύλο, πηλό, πλαστικό, σύνθετο υλικό ή μεταλλικό και εξαρτάται από τον αριθμό των τμημάτων που θέλουμε να δημιουργήσουμε όσο πιο μεγάλος ο αριθμός τόσο πιο ανθεκτικό το υλικό, τη θερμοκρασία στερεοποίησης, την πίεση κλπ. Όταν έχουμε παραγωγές μεγάλου όγκου χρησιμοποιούμαι μόνιμα καλούπια τα οποία συνήθως είναι από μέταλλο. Ενώ όταν έχουμε μικρού όγκου παραγωγές τότε τα καλούπια που χρησιμοποιούμαι είναι φτιαγμένα από σύνθετα υλικά και αυτό συμβαίνει για τον λόγω του ότι δεν αποδίδουν καλά σε επαναλαμβανόμενη χρήση. Το καλούπι μπορεί να είναι αρσενικού ή θηλυκού τύπου, με βάση την πλευρά που χρειάζεται να είναι λεία. Στο καλούπι επίσης απλώνουμε μία επικάλυψη από απελευθερωτικό μέσο (release agent) πριν την τοποθέτηση τον ινών για να διευκολύνει την απομάκρυνση του τελικού τμήματος. Αυτό το απελευθερωτικό μέσο είναι παραφίνη κοινής χρήσης (wax), αλκοόλη πολυβινυλίου (poly-vinylalcohol ), σιλικόνη (silicones) ή απελευθερωτικά χαρτιά (release papers). Η επιλογή του μέσου είναι εξαρτώμενο από τον τύπο του υλικού που θα μπει στο καλούπι και από το πόσο λεία επιθυμούμε να είναι η επιφάνεια και λάμψη του τελικού μας προϊόντος. Με το πέρας της προετοιμασίας του καλουπιού εφαρμόζεται μια επικάλυψη ζελέ με σκοπό την δημιουργία ακόμα πιο λείας επιφάνειας στο τμήμα που καλουπώνεται. Η επικάλυψη συνηθίζεται να είναι πολυεστερική, εμποτισμένη με ανόργανη ύλη (mineral-filled) και χρωματισμένη (pigmented) σε μη ενισχυμένη στρώση. Αυτή η στρώση ρητίνης εφαρμόζεται στο καλούπι πριν τις ξηρές ενισχύσεις. Έτσι αυτή η στρώση αυτή ( επιφάνεια του ζελέ ) αποτελεί την εξωτερική επιφάνεια των στρώσεων όταν η διαδικασία του καλουπώματος έχει ολοκληρωθεί. Η χρήση αυτής της επιφάνειας είναι ο σχηματισμός ενός προστατευτικού στρώματός μέσα στο οποίο δεν μπορούν να εισέλθουν ενισχυτικές ίνες και το προϊόν κατά πάσα πιθανότητα δεν απαιτεί καμία επακόλουθη επεξεργασία. Στο τέλος έχουμε την προετοιμασία του υλικού, σε αυτό το στάδιο εφαρμόζονται οι ίνες και με χειροποίητα ρολά πραγματοποιούμαι τη στερεοποίηση τους. Οι ίνες τοποθετούνται σε μορφή κοντών ινών (chopped strand mat), υφάσματος (cloth), ή πλεκτής δέσμης ινών (woven roving). Έπειτα γίνεται η προσεχτική ανάμειξη της προσμετρημένης ρητίνης και των καταλυτών. Κατόπιν, το μείγμα αυτό εμποτίζεται στις ίνες. Για τη συμπίεση του υλικού στο καλούπι και για την απομάκρυνσης των θυλάκων αέρα χρησιμοποιούνται χειροκίνητα οδοντωτά ρολά. Όσον αφόρα την στερεοποίηση αυτή επιτυγχάνεται σε θερμοκρασία δωματίου και η αφαίρεση από το καλούπι γίνεται τραβώντας το καλουπωμένο τμήμα και απομακρύνοντας το απελευθερωτικό μέσο. Μερικά από τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της μεθόδου φαίνονται στον πίνακα 1..1.1 και οι πλέον τυπικές εφαρμογές φαίνονται στον πίνακα 1..1.. Ανάλογα με τις ίνες και το συνδετικό υλικό που χρησιμοποιούνται την γεωμετρία των τμημάτων που κατασκευάζονται καθώς και η επεξεργασία που χρησιμοποιείται διαμορφώνουν το ρυθμό παραγωγής και το κόστος της διαδικασίας της χειρωνακτικής μόρφωσης διαστρωμάτωσης. Το κόστος των εργαλείων (tooling) εξαρτάται από τον αριθμό των τμημάτων που κατασκευάζονται διότι όπως αναφέραμε για μεγαλύτερες απαιτήσεις απαιτούνται υψηλότερης ποιότητας καλούπι. Για κάθε νέο αντικείμενο που θέλουμε να δημιουργήσουμε είναι απαραίτητη η δημιουργία νέου καλουπιού. Το κόστος του εξοπλισμού είναι εξαρτώμενο από την πορεία παραγωγής δηλαδή υπάρχει μεγαλύτερο κόστος σε παραγωγές που υπάρχει ανάγκη να στηθούν αρκετές σειρές παραγωγής που θα δουλεύουν με υψηλές ταχύτητες. Με την κατάλληλη κατασκευή του καλουπιού και με την ρύθμιση τους ρυθμούς παραγωγής με το κατάλληλο 11

εξοπλισμό το κόστος ανά τμήμα παραγωγής ελαχιστοποιείται. Ακόμη ένας παράγοντας που επηρεάζει το κόστος ανά παραγωγικό στάδιο είναι η δημιουργία επιθυμητής ποιότητας η οποία διαμορφώνεται από την ύπαρξη είτε ανειδίκευτων ή ειδικευμένων εργατών. Το κόστος ανά μονάδας βάρους μπορεί να φτάσει έως $/kg. Με την ανακάλυψη νέων τεχνολογιών οδηγηθήκαμε στην τμηματική αυτοματοποίηση της διαδικασίας της χειρωνακτικής μόρφωσης διαστρωμάτωσης η οποία πραγματοποιείται με την διαδικασία ψεκασμού (spray up), η οποία διαφέρει κατά πολύ από τη χειρωνακτική μέθοδο και στον τρόπο εφαρμογής της ρητίνης και της ενίσχυσης. Η διαδικασία με την είσοδο της αυτοματοποίησης γίνεται με την χρήση συνεχών ινών που κόβονται σε κοντά τμήματα (chopped) και ψεκάζονται στο καλούπι ακαριαία με ταυτόχρονο ψεκασμό και της ρητίνης χρησιμοποιώντας chopper gun. Ο ψεκασμός μια μέθοδος που χρησιμοποιείται αρκετές δεκαετίες, που κυρίως την συναντάμε στην παραγωγή τμημάτων συνεχούς πάχους όπως: τμήματα σκελετού φορτηγών, μικρές βάρκες, μονάδες λουτρού και διάφορα τμήματα αυτοκινήτων. Με την εναπόθεση των ινών στο καλούπι, η ποιότητα του τελικού προϊόντος εξαρτάται εξολοκλήρου από την ικανότητα και την εμπειρία του χειριστή. Οι φυσικές ιδιότητες του προϊόντος σε σχέση με την μη αυτοματοποιημένη χειρωνακτική μόρφωσή είναι κατώτερες και όχι ομοιόμορφες από τμήμα σε τμήμα. Επιπλέον το κόστος του εργαλείου ψεκασμού καθώς και άλλων ειδικών εργαλείων που χρειάζονται αυξάνουν το συνολικό κόστος. Εν κατακλείδι, έχει δοκιμαστεί ολοκληρωτική αυτοματοποίηση της μεθόδου αυτής, βρέθηκε όμως πολύ ακριβή και ταυτόχρονα αναποτελεσματική για την δημιουργία υλικού σε σχέση με το κόστος του εξοπλισμού και των εκτελούμενων εργασιών [1]. Πίνακας 1..1.1: Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της διαδικασίας χειρωνακτικής διαστρωμάτωσης (hand-lay-up ). Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Μπορούν να παραχθούν μεγάλα τμήματα με πολύπλοκη γεωμετρία Μόνο μία επιφάνεια του καλοπιασμένου τμήματος είναι λεία Ελάχιστη επένδυση σε εξοπλισμό Η τελική ποιότητα εξαρτάται Ελάχιστο κόστος των εκτελούμενων εργασιών από την ικανότητα των εργατών Περιεχόμενο κενών κάτω του 1% Απαιτείται κόπος ανά εργασία. Είναι πιθανή η κατασκευή sandwich Χαμηλός ρυθμός παραγωγής Μπορούν εύκολα να προσαρμοστούν πρόσθετα και κατασκευαστικές ενισχύσεις Υψηλή έκλυση πτητικών ουσιών Είναι δύσκολο να διατηρηθεί Μπορούν να κατασκευαστούν τμήματα ομοιομορφία του προϊόντος που απαιτούν εξαίρετα τελειώματα Απαιτούνται μεγάλοι χρόνου Δεν είναι απαραίτητοι κλίβανοι στερεοποίησης στερεοποίησης σε θερμοκρασία δωματίου 1

Πίνακας 1..1.: Εφαρμογές της διαδικασίας χειρωνακτικής διαστρωμάτωσης (handlay-up). Εφαρμογές Προϊόντα Ναυπηγική Βάρκες, κελύφη σκαφών (boathulls), αγωγοί (ducts), πισίνες, δεξαμενές, έπιπλα κλπ. Αεροσκάφη Μηχανοκίνητα ακροφύσια πυραύλων (rocketmotornozzles) και λοιπά τμήματα αεροσκαφών Διάφορες κατασκευές Καταναλωτικά Αγαθά Φίλτρα κλιβάνων, στηρίγματα κατασκευών, επίπεδα και κυματοειδή φύλλα, αντιδιαβρωτική προστασία αγωγών (corrosionductwork), προστατευτικά καλύμματα (housings), σωληνώσεις. Τμήματα ποδηλάτων, τμήματα φορτηγών 1.. Διαστρωμάτωση με προκατασκευασμένες στρώσεις <<prepreg lay-up>> Οι προκατασκευασμένες στρώσεις (prepreg) αποτελούνται από προ-εμποτισμένο με ρητίνη υλικό ενισχυμένο με ίνες όπου η ρητίνη είτε έχει μερικώς στερεοποιηθεί είτε είναι πιο παχύρρευστη. Οι ίνες είναι μπορεί να είναι ταξινομημένες σε ταινία μονού προσανατολισμού, η σε πλέξη με την μορφή υφάσματος (woven fabric) ή σε φύλλα με κοντές ίνες τυχαίου προσανατολισμού (random chopped fibers heets). Η κύρια δ διαφορά που εντοπίζουμε στην μεθόδου διαστρωμάτωσης με προκατασκευασμένες στρώσεις (prepreg lay-up) έναντι της μεθόδου χειρωνακτικής μόρφωσης διαστρωμάτωσης (hand lay-up) είναι στις προκατασκευασμένες στρώσεις (prepreg),ο εμποτισμός (impregnation) των ινών με ρητίνη έχει προηγηθεί του καλουπώματος [1]. Η χρήση των prepreg είναι ευρέως γνωστή και τα συναντάμε σε κατασκευές υψηλών απαιτήσεων, προδιαγραφών και με πολύπλοκή γεωμετρία στον χώρο της αεροναυπηγική. Τα περισσότερα prepreg που υπάρχουν είναι φτιαγμένα από εποξικές ρητινών και ενισχύσεις είναι συνήθως από γυαλί, άνθρακα και αραμίδιο. Στα περισσότερα συστήματα prepreg στο περιεχόμενο των εποξικών ρητινών είναι υψηλότερο απ το επιθυμητό τελικό τμήμα. Αυτό συμβαίνει γιατί κατά την παραγωγή πραγματοποιείται απομάκρυνση της επιπλέον ρητίνης γεγονός που συνεισφέρει στην εκτόπιση του παγιδευμένου αέρα και των περιττών πτητικών ουσιών, τα οποία δημιουργούν κενά στο τελικό τμήμα αν δεν απομακρυνθούν υποβαθμίζοντας την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Συγκεκριμένα για κάθε 1% διακένων υπάρχει % μείωση της ενδοστρωματικής διατμητικής αντοχής όπως επίσης και σημαντικές μειώσεις στην θλιπτική αντοχή που προκύπτουν για περιεχόμενα κενά άνω του %. Επιπλέον σε περίπτωση διαφυγής της περιττής ποσότητας ρητίνης υπάρχει μείωση του βάρους και του κόστους χωρίς να επηρεάζει την αντοχή. Οι νέες στρώσεις prepreg φτιάχνονται με σχεδόν καθαρό περιεχόμενο ρητίνης (nearnet-resin) έτσι αποφεύγεται η απομάκρυνση της επιπλέον ποσότητας ρητίνης, η οποία αυξάνει το αρχικό κόστος. Με την έννοια σχεδόν καθαρό περιεχόμενο ρητίνης (nearnet-resin) δηλώνεται ότι το ποσό της ρητίνης στο prepreg κυμαίνεται κοντά στην περιεχόμενη ρητίνη που είναι χρειάζεται να απαρτίζεται το τελικό τμήμα. Η δημιουργία αυτών των prepreg επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας μια μέθοδο εμποτισμού με θερμή εφαρμογή (hot melting impregnation method) που ελαχιστοποιεί τις πτητικές ουσίες. Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτών παρουσιάζονται Πίνακα 1...1. 1

Στα prepreg για την σωστή διαδικασία της σκλήρυνσης χρησιμοποιούνται θερμοπλαστικά συνδετικά υλικά τα οποία είναι διαθέσιμα με τις περισσότερες μορφές ινών. Αυτά απαιτείται να θερμανθούν για να μπορέσουν παραχθούν οπές (tack) και να σκεπαστούν (drape) αφού συνήθως είναι σκληρά σε θερμοκρασία δωματίου. Αξίζει να σημειωθεί ότι η επεξεργασία των θερμοπλαστικών (thermoplastics) διαφέρει από την επεξεργασία των θερμικά διαμορφούμενων ρητινών (thermosets). Συγκεκριμένα οι θερμοκρασίες και οι πιέσεις που χρησιμοποιούνται στα θερμοπλαστικά είναι συνήθως πολύ υψηλότερες στα θερμοπλαστικά (thermoplastics), και αυτό συμβαίνει γιατί η πυκνότητα τους πρέπει να μειωθεί με θέρμανση κατά την σκλήρυνση. Στη συνέχεια η στερεοποίηση αντικαθίσταται επιφέροντας την θερμοκρασία ομαλά στις αρχικές της τιμές [11]. Πίνακας 1...1: Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της διαδικασίας διαμόρφωσης με προκατασκευασμένες στρώσεις (prepreg-lay-up). Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Υψηλοί όγκοι λόγου ινών Απαιτείται κόπος ανά εργασία και Ομοιόμορφη κατανομή ινών είναι αργή διαδικασία Απλοποιημένη κατασκευή Ακριβός εξοπλισμός στερεοποίησης Προϊόντα υψηλής αντοχή Παραγωγή τμημάτων χαμηλής Υψηλό κόστος των prepreglayups μάζας 1.. Μόρφωση σύνθετου υλικού μέσω περιβλήματος «bag molding» Στην μέθοδο αυτή κατά την διαστρωμάτωση, και πριν αυτή στερεοποιηθεί, εφαρμόζεται μία ομοιόμορφη πίεση έτσι κατά αυτό τον τρόπο υπάρχει βελτίωση στην σταθεροποίηση των ινών καθώς και την απομάκρυνση της περιττής ρητίνης, του αέρα και των πτητικών ουσιών. Για την εφαρμογή της πίεσης αυτής πραγματοποιείται με τη βοήθεια ενός εύκαμπτου διαφράγματος ή ενός περιβλήματος (bag).αρχικά απλώνονται οι στρώσεις στο καλούπι και στην συνέχεια ακολουθεί η ρητίνη. Έπειτα γίνεται χρήση απελευθερωτικής μεμβράνης ή μέσο (release film ή agent) χρησιμοποιείται και στις δύο πλευρές της διαστρωμάτωσης για να την αποτρέψει να κολλήσει στο καλούπι ή στο σωλήνα διόδου του αέρα. Πολλές φορές γίνεται χρήση ενός peel-ply για να αφήσει σημάδι (imprint) ή ένα σχέδιο/πατρόν (pattern) στην επιφάνεια ώστε να έχουμε καλύτερη απόδοση του συγκολλητικού δεσμού (δευτερεύων δεσμός) αργότερα. Ο συνδυασμός της χρήσης breather και bleeder βοηθά στη διάδοση κενού αέρος (vacuum) η των διόδων (channels) των πτητικών ουσιών και οδηγεί την περιττή ρητίνη στην έξοδο αναρρόφησης (vacuum port). Στην πορεία η διαστρωμάτωση καλύπτεται από ένα εύκαμπτο περίβλημα (flexible bag), το οποίο είναι τέλεια σφραγισμένο στο εργαλείο ώστε να μην υπάρχει διαρροή αέρα. Στη συνέχεια εφαρμόζεται αναρρόφηση (vacuum) και το τμήμα στερεοποιείται με αύξηση της θερμότητας στο καλούπι και ταυτόχρονη άσκηση και πίεσης. Με την δημιουργία της αναρρόφησης (vacuum) κάτω από το περίβλημα (bag), έχουμε την εφαρμογή κενού αέρος και η ατμοσφαιρική πίεση ασκείται ομοιόμορφα πάνω στη διαστρωμάτωση. Η αναρρόφηση (vacuum) βοηθά στην διαφυγή των πλεοναζόντων μειγμάτων πτητικών ουσιών, όπως είναι τα διαλυτικά μέσα, ο παγιδευμένος αέρας ή στοιχεία ρητίνης με μικρό μοριακό βάρος. Μετά την σκλήρυνση, τα υλικά γίνονται ένα ενιαίο τμήμα με τη μορφή του επιθυμητού σχηματισμού. Υπάρχουν τρεις βασικές μέθοδοι στην εφαρμογή της πίεσης στη διαστρωμάτωση: α)pressure bag 14

β)vaccum bag γ)διαδικασία με κλίβανο (autoclave processing), με τις δύο τελευταίες να είναι οι πιο δημοφιλείς. Τα περιβλήματα για τη μόρφωση vaccum bags συνιστώνται για την παραγωγή μεγάλων και χαμηλού κόστους τμημάτων σύνθετων υλικών. Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της vacuum bagging είναι ότι ο εξοπλισμός αναρρόφησης (vacuuming) και στερεοποίησης (curing) μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια ποικιλία τμημάτων με διαφορετική και πολύπλοκη γεωμετρία. Το μέγεθος του τμήματος που μπορεί να φτιαχτεί με μόρφωση μέσω περιβλήματος (bag molding),περιορίζεται μόνο από τον ε- ξοπλισμό που υπάρχει για την στερεοποίηση. Και σε αυτή την μέθοδο η ποιότητα του τμήματος είναι άμεσα εξαρτημένη από τις ικανότητες του εργάτη [11]. 1..4 Διαμόρφωση μέσω κλιβάνου-«autoclave processing» Σε αυτή την μέθοδο η διαμόρφωση γίνεται μέσω κλίβανων (autoclaves) δηλαδή δοχεία υπό πίεση που περιέχουν πεπιεσμένο αέρα κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας του σύνθετου υλικού. Η χρήση των κλιβάνων γίνεται για την για την παραγωγή ιδιαίτερα υψηλής ποιότητας πολύπλοκων τμημάτων. Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται σε μέτριου μεγέθους παραγωγής και ιδανική για μεγάλα τμήματα. Στην ουσία η διαδικασία παραγωγής μέσω κλιβάνου των σύνθετων υλικών είναι μια προέκταση της τεχνικής μόρφωσης μέσω περιβλήματος (bag molding), με την διαφορά ότι παρέχει υψηλότερη πίεση που είναι διαθέσιμη από την αναρρόφηση (vacuum) και δίνει μεγαλύτερη συμπίεση γεγονός που οδηγεί στη εξάλειψη θυλάκων αέρα. Μέσα στον κλίβανο κατά την διάρκεια παραγωγής ενός σύνθετου υλικού αρχικά τοποθετούμε το υλικό πάνω στο καλούπι με την εφαρμογή vaccum bag. Κατόπιν πραγματοποιούμε ολική ή μερική αναρρόφηση στο εσωτερικό του vaccum bag, ενώ στο εξωτερικό του περιβλήματος (vaccum bag) εφαρμόζουμε πίεση μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική. Στη πορεία έχουμε αύξηση της θερμοκρασίας του τμήματος μέχρι την τελική φάση στερεοποίησης (cure) του πολυμερούς και μετά μείωσή ομαλά της θερμοκρασίας για μέχρι τον τερματισμό της σκλήρυνσης. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες μειώνουν την πυκνότητα και αυξάνουν την αγωγιμότητα του πολυμερούς φέρνοντας στο σε υγρή κατάσταση βοηθώντας κατά αυτόν τον τρόπο τον εμποτισμό της ενίσχυσης με την ρητίνη και τη στερεοποίηση του σύνθετου υλικού. Η αύξηση της πίεσης στο εσωτερικό του κλιβάνου έχει σαν αποτέλεσμα να ασκούνται μηχανικές δυνάμεις στο μη στερεοποιημένο σύνθετο υλικό αυξάνοντας έτσι την αποδοτικότητα της μεταφοράς των πτητικών ουσιών στις εξόδους αναρρόφησης επιπλέον προκαλεί αυξημένη ροή της ρητίνης με και την αποβολή της περιττής αν υπάρχει από τους εξόδους αναρρόφησης.σε περίπτωση ύπαρξης διάκενων και παγιδευμένου αέρα λόγο της εφαρμοσμένης πίεσης παρατηρείται (μείωση αναλογική της πίεσης) τους καθώς και της εκλυόμενης πτητικής ουσίας. Με αυτόν τον τρόπο, το πορώδες και τα διάκενα εκμηδενίζονται. Οι περισσότεροι κλίβανοι που χρησιμοποιούνται στην βιομηχανία παραγωγής σύνθετων υλικών είναι κυλινδρικά δοχεία υπό πίεση με θολωτά άκρα (domed ends), ένα από τα οποία είναι η είσοδος. Συνήθως τους συναντάμε σε οριζόντια με το δάπεδο στάση προκειμένου να υπάρχει εύκολη πρόσβαση. Η διάμετρος αποτελεί τον περιοριστικό όρο στο μέγεθος. Λόγω του ότι οι κλίβανοι με μεγάλες διαμέτρους απαιτούν πολύ παχιά τοιχώματα καθίστανται ιδιαίτερα ακριβοί. Στην αγορά οι κλίβανοι που συ- 1

νήθως συναντάμε είναι με διάμετρο 1m ενώ η παραγωγή των κλιβάνων κυμαίνεται για διαμέτρους μεταξύ 1 m μέχρι m και τα εξαρτήματα των κλιβάνων είναι μορφής αρσενικού και θηλυκού. Ανάλογα με την θερμοκρασία που αναπτύσσεται κατά την διάρκεια της σκλήρυνσης και των απαιτούμενων ποσοτήτων γίνεται η επιλογή των υλικών για την εκτελούμενη εργασία. Για την δημιουργία των πρωτότυπων κομματιών σε χαμηλή θερμοκρασία στερεοποίησης χρησιμοποιούνται ειδικοί εργάτες του πηλού και του ξύλου με χαμηλή θερμοκρασία στερεοποίησης. Για την παραγωγή των τελικών το υλικό εφαρμόζεται σε έγχυτα εποξικά καλούπια (castepoxytooling) πολυεστέρων, αλουμινίου και χάλυβα. Ο ρυθμός παραγωγής είναι εξαρτώμενος από πολλούς παράγοντες όπως των εργαλείων που χρησιμοποιούνται, την γεωμετρία των τμημάτων. Στο τμήμα πρώτα ε- φαρμόζεται η μόρφωση με χειρωνακτική διαδικασία διαστρωμάτωσης (hand lay-up) η οποία είναι χρονοβόρα. Εξαιτίας αυτού το μέγεθος του τμήματος καθορίζει το χρόνο αναρρόφησης. Ο ρυθμός παραγωγής ενός υλικού μέσα στο κλίβανο καθορίζεται από το προφίλ της στερεοποίησης, το οποίο περιλαμβάνει τη θέρμανση, τη στερεοποίηση και το χρόνο ψύξης. Επιπρόσθετα το μέγεθος του εργαλείου που χρησιμοποιείται επηρεάζει το ρυθμό παραγωγής διότι πρέπει και αυτό να θερμανθεί. Σε μικρά τμήματα η στερεοποίηση γίνεται σε περίπου - ώρες ενώ τα μεγάλα απαιτούν από 1 έως 16 ώρες [1]. 1.. Εκμαγείο συμπίεσης compression molding Στην διαδικασία μέσω εκμαγείου συμπίεσης(compression molding) εφαρμόζονται καλούπια αρσενικού και θηλυκού τύπου (μεταλλικές μήτρες ) με σκοπό την δημιουργία ενός ενιαίου καλουπιού. Στην μέθοδο αυτή προσμετρημένη ποσότητα του μίγματος (ίνες και ρητίνες)διοχετεύετε αρχικά στο εκμαγείο. Έπειτα με την χρήση μια πρέσας με θερμότητα δημιουργείται υψηλή πίεση με σκοπό τν στερεοποίηση των ινών και των ρητινών κρατώντας σφραγισμένες τις αρσενικού και θηλυκού τύπου μήτρες. Ε- φόσον στερεοποίηση του τελειώσει τότε χαλαρώνει η πίεση ανοίγει το καλούπι και το τμήμα βγαίνει. Η διαδικασία με το εκμαγείο συμπίεσης (compression molding) α- ποτελεί μια απλή και ταυτόχρονα καλά εδραιωμένη διαδικασία. Τα χαρακτηριστικά που την κάνουν τόσο διαδεδομένη σαν μέθοδο είναι ότι ελαχιστοποιεί το κόστος συναρμολόγησης του τμήματος, σχεδόν μηδενίζει τα πλεονάζοντα υλικά, και απαιτεί ελάχιστο φόρτο εργασίας. Η αυτοματοποίηση της διαδικασίας είναι εύκολη δίνοντας την δυνατότητα υψηλού όγκου παραγωγής με πολύ καλή ομοιομορφία. Τα μικρά τμήματα μπορούν να παραχθούν αρκετά γρήγορα σε συνεχείς γραμμή παραγωγής (1 τμήματα ανά λεπτό),ενώ μεγαλύτερα τμήματα (π.χ. προφυλακτήρες αυτοκινήτου) με ρυθμό που ξεπερνάει τα 4 κομμάτια την ώρα. Το σημαντικότερο και πιο ακριβό κομμάτι της μεθόδου αποτελεί η πρέσα. Οι πρέσες αυτές είναι συνηθίζεται να είναι κάθετης δράσης με αφαιρούμενα αρσενικά και θηλυκά τμήματα κατασκευασμένα κυρίως χάλυβα για να αντέχουν την πίεση. Στις γυαλισμένες επιφάνειες των καλουπιών πολλές φόρες γίνεται και επιχρωμίωση με στόχο την αύξηση της σκληρότητας της επιφάνειας. Τα μεγέθη της πρέσας κυμαίνονται σε ένα εύρος από 1 έως 4.t παράγοντας τμήματα κάτω του 1 kgr έως και πάνω από kgr. Ο επιπρόσθετος εξοπλισμός περιλαμβάνει προθερμαντήρες για μείωση του χρόνου παράγωγης και αρχικές μήτρες που στοχεύουν σε γρηγορότερο κύκλο καλουπώματος συνεπώς επιπλέον μείωση του χρόνου και μείωση του παγιδευμένου αέρα στο 16

τελικό τμήμα. Η μέθοδος αυτή δεν επιτρέπει υψηλή ποιότητα παραγωγής λόγο όγκου συνεχών ινών. Για το λόγο αυτό, τα τμήματα που παράγονται δεν χρησιμοποιούνται για πρωτεύων κατασκευές αλλά κυρίως για δευτερεύουσες. Αυτά τα εξαρτήματα της διαδικασίας με το εκμαγείο συμπίεσης, χρησιμοποιούνται όταν υπάρχει απαίτηση υλικού μεγάλης δυσκαμψίας μορφώνοντας νεύρα και φλάντζες μέσα στο τμήμα. Σχήμα 1...1 : Εκμαγείο συμπίεσης 1..6 Καλούπι ρητινεύσεως - resin transfer molding (RTM) Στην μέθοδο με καλούπι ρητινεύσεως κάνουμε χρήση ενός καλουπιού που αποτελείτε από εισόδους για την εισαγωγή της ρητίνης και εξόδους που διευκολύνουν την διαφυγή του αέρα. Οι ίνες ενίσχυσης εφαρμόζονται χωρίς ρητίνη στο καλούπι και αυτό κλείνεται από μια αρσενικού τύπου μήτρα. Η είσοδος είναι συνδεδεμένη με ένα δοχείο από το οποίο αντλείται υγρή ρητίνη μέσα στο καλούπι, εμποτίζοντας τις ξηρές ίνες και γεμίζοντας την εσωτερικού του καλουπιού. Όταν αυτό γεμίσει καλά, η παροχή ρητίνης σταματά, οι είσοδοι και έξοδοι κλείνουν ερμητικά και εφαρμόζεται θέρμανση ώστε να σκληρύνει η ρητίνη με ακολουθεί ομαλή ψύξη. Κατόπιν, το καλούπι ανοίγεται και το τελικό τμήμα του σύνθετου υλικού αφαιρείται. Τα πλεονεκτήματα της διαδικασίας αυτής είναι ότι μέσα σε σχετικά μικρούς χρόνους παραγωγής μπορεί να παράγει σύνθετα υλικά με μεγάλες συνεχείς ίνες που εμφανίζουν πολύπλοκη γεωμετρία σχήματα. Η διαφορά αυτή τις διαδικασία από της προηγούμενες έγκειται στο ότι εδώ οι ίνες τοποθετούνται ξερές και μετά γίνεται η έγχυση της ρητίνης. Αυτό συνεισφέρει στην εφαρμογή των ινών με καλύτερο προσανατολισμό και βελτιώνει την ποιότητα και της ιδιότητες του υλικού. Επιπλέον, παρατηρείται ότι η επεξεργασία είναι πιο καθαρή με μειωμένες εκλύσεις πτητικών ουσιών και είναι λιγότερο επιρρεπής σε εξωγενείς επιδράσεις. Στον χώρο της βιομηχανίας συναντάμε αρκετές παραλλαγές της βασικής διαδικασίας Resin Transfer Molding (RTM). Σχήμα 1..6.1 : Resin Transfer Molding (RTM). 1

Για παράδειγμα στη διαδικασία Vacuum Assisted Resin Injection Molding (VARIM) γίνεται εφαρμογή αναρρόφησης στην έξοδο του καλουπιού που σημαίνει καλύτερη εισαγωγή της ρητίνης και ομοιόμορφη ταξινόμηση της στις ίνες λόγο της πίεσης και επιπλέον η ρητίνη εισάγεται στο καλούπι επίσης με αναρρόφηση. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα η χρήση καλουπιού για να ασκήσει πίεση να είναι περιττή και αντικαθιστάται από περίβλημα. Από την στιγμή που η διαφορική πίεση είναι πολύ χαμηλότερη από την πίεση που ασκείται στο συμβατικό RTM, έχουμε μείωση του κόστος του καλουπιού, και τα πλέον βαριά μεταλλικά καλούπια που χρησιμοποιούνται στην RTM για να διατηρούν την ατμοσφαιρική πίεση, μπορούν πλέον να αντικατασταθούν από ε- λαφρύτερα καλούπια από ξύλο, εποξικά ή χάλυβα. Σε αυτή τη διαδικασία ο χρόνος του κύκλου έχει μεγάλες διακυμάνσεις από μερικά λεπτά έως λίγες ώρες για πιο πολύπλοκα τμήματα [1]. Άλλη παραλλαγή αποτελεί Structural Reaction Injection Molding (SRIM) χρησιμοποιεί ένα preform το οποίο βρίσκεται στο καλούπι πριν εισαχθεί η ρητίνη. Επιπλέον,στην περίπτωση αυτή έχουμε αντιδραστήριο υλικό το οποίο αντιδρά με τη ρητίνη επειδή όμως είναι πολύ αντιδραστικά και αποθηκεύονται σε δύο διαφορετικά δοχεία. Από τα δύο δοχεία εισάγονται τα υλικά σε ένα θάλαμο ανάμιξης και το μίγμα από εκεί αντλείται και καταλήγει στο καλούπι όπου στερεοποιείται γρήγορα. Ο χρόνος είναι λιγότερος του λεπτό για την παραγωγή μικρών κομματιών. Επιπλέον παραλλαγή από η Flexible Resin Transfer Molding (FRTM), σε αυτή την περίπτωση αντί για ένα άκαμπτο καλούπι χρησιμοποιούνται δύο ελαστομερή διαφράγματα μέσα στα οποία τοποθετούνται οι ξερές. Η ρητίνη στη συνέχεια μέσω α- ναρρόφησης που πραγματοποιείται στις εξόδους εισέρχεται μέσα στο ευλύγιστο καλούπι. Εφόσον οι ίνες έχουν εμποτιστεί με ρητίνη, στη συνέχεια το ευλύγιστο καλούπι επεξεργάζεται μέχρι ως ότου να δημιουργηθεί το επιθυμητό τμήμα. Ο χρόνος παραγωγής αφού δημιουργηθεί το τμήμα είναι ίδιος με τον χρόνο του RΤΜ (Γκέρου, 11). Παρατηρείται ότι ιδιότητες των καλουπωμένων τμημάτων της Resin Transfer Molding (RTM) προσεγγίζουν το να γίνουν πολύ σταθερές. Αυτό συμβαίνει εξαιτίας του κόστους ενός υψηλού συντελεστή απωλειών στην περίμετρο του τμήματος. Συνήθως υπάρχει η ανάγκη οι γωνίες και οι ακμές να περιέχουν μεγαλύτερες ποσότητες σε ρητίνη καθιστώντας κατά αυτό τον τρόπο δύσκολη την επίτευξη ομοιόμορφου λόγου όγκου ινών στο τμήμα. Επιπρόσθετα όταν για τν μείωση του κόστους γίνεται χρήση χαμηλού κόστους υλικών στο καλούπι, τότε οι πιέσεις σε αυτό πρέπει να είναι αρκετά μικρές (την αποφυγή καταστροφής) πράγμα που οδηγεί σε αργούς χρόνους πληρώσεων. Ένας από του σημαντικότερους περιορισμούς έχει να κάνει με το γεγονός ότι ο σχεδιασμός του καλουπιού είναι ιδιαίτερα βασικός και απαιτεί μεγάλες ικανότητες από τον δημιουργό και τον χειριστή. Με την πάροδο των χρόνων για τον σωστό σχεδιασμό του καλουπιού και κυρίως τον εισόδων και των εξόδων δημιουργούνται και εφαρμόζονται λογισμικά πακέτα που εξομοιώνουν τη ροή της ρητίνης στην κοιλότητα του καλουπιού. Ένα ακόμη κύριο κομμάτι αποτελεί το κόστος και ο χρόνος για να φτιαχτεί ένα preform (πρόσχημα) της Resin Transfer Molding (RTM). Ωστόσο η απουσία ενισχύσεων στις γωνίες των τμημάτων που παράγονται μπορεί να αποτελέσουν ένα σοβαρός περιορισμός στην περίπτωση που απαιτούνται νεύρα και προεξοχές στο σχεδιασμό. Για αυτό το λόγο τα νεύρα και οι προεξοχές μπορούν να τοποθετηθούν ξε- 1

χωριστά στο καλούπι, αλλά οι ενισχύσεις στις ακμές είναι δύσκολο να διατηρούνται και ταυτόχρονα αποφεύγεται ο εμπλουτισμός με ρητίνη στις γωνίες του τμήματος. Το σημαντικότερο κόστος για όλες τις μεθόδους είναι οι απώλειες τμημάτων (scrap losses) όπως επίσης και το κόστος αντικατάστασης μπορεί να είναι εξαιρετικά μαστοφόρο αν ένα μεγάλο εξάρτημα είναι ελαττωματικό. Γενικότερα η παραγωγή καλουπιών με εισόδους και εξόδους. Τέλος η μετακίνηση των ινών μέσα στο καλούπι κατά την έγχυση της ρητίνης είναι μερικές φορές σοβαρό πρόβλημα διότι προκαλεί διαρροή και μεγάλη ανομοιομορφία στην έγχυση της ρητίνης (Resin Transfer) και έχει σαν κακέκτυπο την δημιουργία ελαττωματικών κομματιών και συνάμα την αύξηση του κόστους. Όσον αφόρα το ρυθμό παραγωγής εξαρτάται εξολοκλήρου από το μέγεθος και τον τύπο του τμήματος που παράγεται. Η βιομηχανία παραγωγής με χρήση RTM μπορεί να διαμορφωθεί με τέτοιο τρόπο ώστε να λειτουργεί με αρκετά καλούπια ταυτόχρονα. Μία μηχανή RTM έχει την δυνατότητα να παράγει 4 Kg/min και - τμήματα/ώρα, ενώ για την παραγωγή ενός παρόμοιου τμήματος με το ψεκασμό (spray-up) δηλαδή με τη χειρονακτική διαστρωμάτωση χρειάζεται ώρες [1],[]. 1.. Διαδικασία παραγωγής με έλξη pultrusion Για την δημιουργία πρότυπων διατομών διαφορετικού μήκους εφαρμόζεται η διαδικασία παραγωγής με έλξη (pultrusion)η οποία είναι μία συνεχής παραγωγική διαδικασία. Λόγο του ότι επιτυγχάνει την γρήγορη μόρφωση συνεχών ινών και ρητινών σε ένα τελικό τμήμα αποτελεί μια χαμηλού κόστους διαδικασία. Κατά την ροή της παραγωγικής διαδικασίας ίνες εμποτισμένες με ρητίνη και έλκονται μέσω μιας θερμαινόμενης μήτρας, από όπου περνώντας μέσα από την μήτρα διαμορφώνεται και στερεοποιείται το τελικό προϊόν. Στην πιο απλή γραμμή παραγωγής με έλξη (pultrusion), τεντωμένες δέσμες ινών τεντώνονται και κατευθύνονται σε καλούπια προσχηματισμού. Τα καλούπια αυτά τοποθετούν τις ίνες με κατάλληλη διάταξη μέσα στη διατομή του προϊόντος, όπως εδεικνύατε από τον σχεδιαστή. Στην αρχή ενισχυμένες ίνες εισέρχονται ξηρές στο θάλαμο έγχυσης, όπου εκεί γίνεται ο εμποτισμός με παροχετευμένη ρητίνη κάτω από πίεση. Συχνά ο θάλαμος έγχυσης καταλαμβάνει ολόκληρο τμήμα μήτρας. Το σχήμα της διατομής της μήτρας είναι αυτό που δίνει το τελικό σχήμα του προϊόντος. Με την άσκηση παρατεταμένης θερμότητας από θερμαντήρες οι ίνες εμποτισμένες με ρητίνη κινούνται στο εσωτερικό της μήτρας και βήμα βήμα γίνεται η στερεοποίηση. Έπειτα το σύνθετο υλικό, συρρικνώνεται και αποκολλάτε από τα τοιχώματα της μήτρας αφήνοντας στη μήτρα είναι ένα τελικό προϊόν το οποίο έλκεται με παλινδρομικούς εξελκείς (reciprocating pullers), που είναι ρυθμισμένοι να κινούνται με σταθερή ταχύτητα. Για το λόγο αυτό το έχουμε συνεχείς παραγωγή σε σχεδόν απεριόριστο μήκος καθώς ο μόνος περιορισμός είναι η ποσότητα που θέλουμε να παράγουμε. Στο εξωτερικό μέρος της μήτρας υπάρχει ένα κινούμενο πριόνι (moving cutoff saw) τοποθετημένο πάνω από το κινούμενο προϊόν με σκοπό να αποκόπτει τμήματα διαφορετικού μήκους χωρίς να σταματήσει η διαδικασία. Στην συνέχεια το κομμένο τμήμα συλλέγετε για να μην εμποδίζει στην πορεία της παραγωγικής διαδικασίας 19

Σχήμα 1...1: Διαδικασία παραγωγής με έλξη pultrusion Μια παραλλαγή στην διαδικασία αυτή μπορεί να εμφανιστεί στους παλινδρομικούς εξολκείς (reciprocating pullers) που υπάρχει η δυνατότητα να αντικατασταθούν από ερπυστριοφόρο εξολκέα (caterpillar puller) σε αυτή την περίπτωση δύο ελαστικές ζώνες κρατούν σφικτά το τμήμα ενώ ταυτόχρονος και διαρκώς έλκουν με τριβή (friction).πολλές φόρες πριν την είσοδο των ινών στην μήτρα εφαρμόζεται ένα λουτρό ρητίνης (resin bath) για των εμποτισμό τους. Σε αυτή την περίπτωση είναι περιττή η χρήση του θαλάμου έγχυσης (injection_chamber) και η δεξαμενή διατήρησης της ατμοσφαιρικής πίεσης. Ωστόσο η χρήση του θαλάμου έγχυσης έχει σαν πλεονέκτημα της σχεδόν πλήρης εξάλειψη των πτητικών ουσιών, που στο λουτρό ρητίνης θα συνέχιζαν να περιέχονται. Έχουμε μείωση των εκπομπών σταρένιου έως και στο 1% με την χρήση θαλάμου έγχυσης. Επιπλέον, μπορούν να μειωθούν σημαντικά οι χρόνοι έναρξης και λήξης της γραμμής παραγωγής με έλξη. Επιπρόσθετος με την εφαρμογή του θαλάμου έγχυσης οι ξηρές ίνες μπορούν να τοποθετηθούν με ακρίβεια στην είσοδο της μήτρας, γεγονός που μεταφράζεται σε βέλτιστη ομοιομορφία του υλικού. Η πίεση έγχυσης γίνεται να ρυθμιστεί και να παρακολουθείται διαρκώς σε οθόνη με στόχο τη βελτίωση του εμποτισμού των ινών [1]. Με την έλξη είναι εύκολο να παραχθούν τόσο κλειστές διατομές (π.χ. κιβωτιοειδείς διατομές δοκών), όσο και ανοικτές διατομές (π.χ. διατομές διπλού ταυ). Παρόλα αυτά στη διαδικασία της έλξης η παραγωγή κλειστών διατομών γίνεται με πολύ μεγαλύτερη ευκολία. Οι κλειστές τύπου διατομές, όπως είναι οι κιβωτιοειδείς, διαμορφώνονται με την χρήση ενός προεξέχον περιστρεφόμενου καλουπιού ή άξονα (τύπου προβόλου) πίσω από την είσοδο της μήτρας. Στη γραμμή παραγωγής με έλξη (pultrusion) μπορούμε να ενσωματώσουμε μία περιστρεφόμενη μηχανή περιέλιξης (rotating winder) έτσι ώστε να απλωθούν οι ενισχύσεις υπό γωνία (συνήθως ± θ) γύρω από το προϊόν. Αυτό συνήθως χρησιμοποιείται στην δημιουργία σωλήνων και αξόνων οδήγησης (drive shafts). Άλλα πρόσθετα εργαλεία που μπορούν εφαρμοστούν στη γραμμή παραγωγής είναι οι προθερμαντήρες ινών (fiber preheaters) και οι θερμαν-

τήρες με ραδιοσυχνότητα (radio-frequency [RF] heaters), κυρίως για χοντρά τμήματα ή όταν εφαρμόζεται ένα θερμοπλαστικό (thermoplastic) συνδετικό υλικό. Τα θερμοπλαστικά (thermoplastic) χαρακτηρίζονται από το ότι μπορούν να τροφοδοτηθούν υπό μορφή ινών αναμεμιγμένα άψογα με τις ενισχύσεις. Ακόμα μια επιλογή που μπορεί να παρθεί με την έλξη είναι η τροφοδότηση της γραμμής παραγωγής με prepregs, αλλά αυτό επιβαρύνει την παραγωγή με ένα επιπλέον κόστος που προκύπτει χειρισμό για την κατασκευή των prepregs. Η διαδικασία παραγωγής με έλξη έχει χαμηλό λειτουργικό κόστος. Το κυριότερό κόστος που προκύπτει από την επεξεργασία αυτή εμφανίζεται στον εξοπλισμό, στις χρωμιούχες βάσεις της μήτρας, καθώς και στο σχεδιασμό και το συντονισμό του συστήματος καθοδήγησης. Για τους λόγους αυτούς, η διαδικασία παραγωγής με έλξη καθίσατε ιδανική σε εφαρμογές με μεγάλο όγκο παραγωγής. Λόγω του χαμηλού κόστους γυαλί κυριαρχεί στον χώρο παραγωγής παρότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν όλοι οι τύποι των ινών. Με επίκεντρο αυτή τν διαδικασία έχουν δημιουργηθεί ειδικοί σχηματισμοί ποικίλων ινών έχουν, συμπεριλαμβανομένων των πολυεστέρων, εστέρων βινυλίου, εποξικών και φαινολών. Ακόμα με την διαδικασία της έλξης παράγονται και τα θερμοπλαστικά (thermoplastics), παρόλα αυτά οι πολυεστέρες και οι εστέρες βινυλίου (polyesters, vinylesters) κατέχουν κυριαρχεί θέση στην αγορά λόγω χαμηλού κόστους. Η βασική μορφή ινών που εφαρμόζονται είναι αυτή της δέσμης ινών όπως και των συνεχών δεσμών (roving και continuous strand mat [CSM]), με τις συνεχείς δέσμες συνήθως να χαρακτηρίζονται από την υψηλή εγκάρσια αντοχή και μεγάλη ευκολία παραγωγής. Ωστόσο η παραγωγή δεν περιορίζεται μόνο σε αυτές τις ίνες και περισσότερο περίπλοκες μορφές, όπως τα stitched bidirectional materials. Πέρα τη περίπτωση παραγωγής των θερμοπλαστικών (thermoplastics) όπως και άλλων ειδικών εφαρμογών, δε χρησιμοποιείται καμία προεμποτισμένη ίνα, με αποτέλεσμα να επιτυγχάνεται αρκετά χαμηλό κόστος. Ο ρυθμός παραγωγής της διαδικασίας με έλξη ποικίλει και εξαρτώμενος από τον τύπο της μηχανής που χρησιμοποιείται στην εκάστοτε περίπτωση και τον τύπο της διατομής που παράγεται. Ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα δοκού υπάρχει δυνατότητα να παραχθεί σε περίπου m/min, ενώ η γραμμή παραγωγής που κατασκευάζει πάνελ μπορεί να παράγει περίπου m^/min [1]. 1.. Διαδικασία περιέλιξης - Filament Winding Για την μόρφωση σχημάτων όπως επιφάνειες κυλινδρικών ή σφαιρικών κελυφών όπως κύλινδροι, σφαίρες, σωλήνες εφαρμόζουμε την μέθοδο παραγωγής με περιέλιξη. Η μέθοδος της περιέλιξης (filament winding), περιλαμβάνει συνεχείς ενισχύσεις όπως δέσμες ινών (roving) οι οποίες τυλίγονται γύρω από έναν περιστρεφόμενο καλούπι/άξονα (mandrel) μέχρι η επιφάνεια του καλουπιού να καλυφθεί και να φτάσει στο επιθυμητό πάχος. Η μέθοδος αυτή πραγματοποιείται σε σχεδόν αυτοματοποιημένη μορφή με χρήση ακατέργαστων υλικών, ινών και ρητινών, με μικρό κόστος εργασίας που συμβάλει στο μικρό κόστος παραγωγής. Η απλούστερη μέθοδος λειτουργίας της ελικοειδούς μηχανής περιέλιξης γίνεται με προγραμματισμένη περιστροφή του άξονα και ταυτόχρονη οριζόντια μετακίνηση του στομίου παροχής γεγονός που παράγει ένα ελικοειδές σχήμα. Δύο είναι οι βασικοί τύποι των μηχανών περιέλιξης μια η ελικοειδής και η πολική ως προς σημείο. Η ελικοειδής θυμίζει την λειτουργία του τόρνου(lathe). Στην ελικοειδής 1

μηχανή έχουμε τον άξονα ή καλούπι τα οποία περιστρέφονται με συνεχείς ρυθμό ενώ παράλληλα το στόμιο παροχής παλινδρομεί εμπρός πίσω. Στο μηχάνημα αυτό μπορούμε να ρυθμίζουμε την ταχύτητα περιστροφής του άξονα την γραμμική ταχύτητα του στομίου έτσι ώστε να παράγουν κάθε πιθανό προσανατολισμό ινών μεταξύ - 9 μοιρών, αυτή η ικανότητα ονομάζεται hoop winding. Από ειδικά διαμορφωμένα καλάθια η ταινιόδρομους έρχονται οι ίνες και στην συνέχεια τεντώνονται μέσω μια μηχανής ελέγχου τάσεως που είναι εφαρμοσμένη στο άκρο του φορείου. Έπειτα οι ίνες διέρχονται μέσα από ένα λουτρό ρητίνης και γίνεται η ανάμειξη τους. Αμέσως μετά ίνα εμποτισμένη πλέον με ρητίνη περνά μέσω του στομίου παροχής το οποίο βρίσκεται στο φορείο. Για την τοποθέτηση των ινών σε πολύπλοκες διαδρομές το φορείο και το στόμιο έχουν δημιουργηθεί για να μπορούν αν κινηθούν με πολλούς τρόπους. Γενικά μία ελικοειδής περιέλιξη (helical winder) μπορεί να πραγματοποίηση τρεις πιθανές κινήσεις πάνω σε τρεις άξονες, βεβαία πλέον είναι διαθέσιμες μηχανές που έχουν μέχρι και έξι άξονες. Σε μια ελικοειδής μηχανή που αποτελείται από έξι άξονες μπορεί ξεχωριστά ελέγχει την περιστροφική κίνηση, την οριζόντια τροφοδότηση του φορείου, την ακτινική θέση του φορείου, την γωνία του στομίου παροχής και την παρέκκλιση και τέλος την κάθετη τροφοδότηση του φορείου [1]. Τις περιελίξεις με του περισσότερους άξονες τις χρησιμοποιούμε για πιο πολύπλοκα τμήματα όπως για πτέρυγες ανεμογεννητριών ενώ για πιο απλά τμήματα, όπως μπαστούνια του γκολφ χρησιμοποιούμε αυτές με μικρότερο αριθμό αξόνων. Σε μια ελικοειδής περιέλιξη (helical winder), πραγματοποιείται μια γεωδαιτική τροχιά, δηλαδή μία τροχιά η οποία ακολουθεί το νήμα με εφαρμογής έντασης στην επιφάνεια του περιστρεφόμενου καλουπιού. Για παράδειγμα μια τέτοια τροχιά χρησιμοποιείται στην περιέλιξη ενός κυλινδρικού δοχείου ενώ πιο πολύπλοκα σχήματα, η περιέλιξη, μπορεί να προγραμματιστεί έτσι ώστε να παρεκκλίνει από τη γεωδαιτική τροχιά. Η γωνία απόκλισης αποτελεί την ειδοποιό διαφορά μεταξύ της γεωδαιτικής και της ορισμένης (set) τροχιάς η οποία διαφέρει ανάλογα με τις συνθήκες της διαδικασίας. Όσον αφόρα την πολική περιέλιξη (με πολικές συντεταγμένες), εφαρμόζεται κυρίως για την παραγωγή σφαιρικών δοχείων ή κυλινδρικών, που έχουν λόγο μήκους προς διάμετρο μικρότερο του. Τα πλεονεκτήματα της πολικής έναντι τις ελικοειδούς είναι ότι είναι πιο απλή μηχανικά, λιγότερο ακριβή και ταχύτερη από την ελικοειδή. Η μηχανή της πολικής περιέλιξης συνίσταται από έναν βραχίονα που περιστρέφει τον ά- ξονα παραδίδοντας στο νήμα σε μία δισδιάστατη τροχιά. Για να καλυφθεί η επιφάνεια του ο άξονας πραγματοποιεί αργή κίνηση. Εκτός από την τέλεια σφαίρα, στην δισδιάστατη τροχιά υπάρχει πάντα μια γωνία απόκλισης σε αντίθεση με τη γεωδαιτική τροχιά, γεγονός που περιορίζει την εφαρμογή της περιέλιξης ως προς σημείο (polar winding) σε σχεδόν σφαιρικά σχήματα [1].

Κεφάλαιο ο Τεχνικές Παρακολούθησης Σκλήρυνσης Ρητίνης Οι τεχνικές σκλήρυνσης ρητίνης είναι: Θερμική Ακουστική Υπερηχητική Διηλεκτρική Ανίχνευση στελεχών οπτικών ινών( Lodeiro, )..1 Θερμικές μετρήσεις Η μέτρηση της θερμοκρασίας είναι η πιο απλή μέθοδος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Η τεχνολογία για τη μέτρηση της θερμοκρασίας είναι τελειοποιημένη στους κλάδους της έρευνας και της βιομηχανίας. Η δυναμικότητα, η πρόσβαση, η απόσταση και οι απαιτήσεις ευαισθησίας επαφής ή μη δημιουργούν την ανάγκη για αισθητήρες. Στις μετρήσεις θερμοκρασίας υπολογίζονται και άλλα δεδομένα παρακολούθησης της σκλήρυνσης. Με αυτό τον τρόπο λαμβάνεται υπόψη η αναπόφευκτη ευαισθησία θερμοκρασίας άλλων αισθητήρων και συνήθως χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του ε- ξοπλισμού διεργασίας. Η ταυτόχρονη παρακολούθηση της θερμοκρασία του υλικού και της θερμοκρασία περιβάλλοντος έχει ως σκοπό την αναγνώριση τυχόν εξώθερμων ή άλλων εξαρτώμενων από την θερμοκρασία συμπεριφορών του υλικού, οι οποίες δεν επηρεάζουν άμεσα τις μεταβολές της θερμοκρασίας περιβάλλοντος. Το υψηλότερο σημείο της θερμοκρασίας και η ώρα που έκανε για να φτάσει στη μέγιστη θερμοκρασία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν οδηγοί-σημεία για να δείξουν την ομαλότητα της σκλήρυνσης. Η μέγιστη θερμοκρασία χρησιμοποιείτε για να δείξει τη μέγιστη τιμή αντίδρασης του υλικού. H τοποθεσία του αισθητήρα καθώς και η γεωμετρία του πρέπει να είναι άμεσες συγκρίσιμες, εξασφαλίζοντας την ίδια παραγωγή και διανομή θερμότητας σε όλες τις περιπτώσεις. Οι πιο συνηθισμένοι αισθητήρες είναι : Infrared/ Τhermal imaging Resistance temperature detector (RTDs) Thermochronic paints/coating/liquid crystal sheets (TLCs) Thermocouples [9]..1.1 Θερμική απεικόνιση (Thermal imaging) Η διαδικασία της υπέρυθρη απεικόνιση χρησιμοποιεί μια δισδιάστατη διάταξη με τη χρήση ανιχνευτών υπέρυθρης ακτινοβολίας. Οι ανιχνευτές μετατρέπουν τα επίπεδα ενέργειας σε εικόνα χρησιμοποιώντας μια κλίμακα χρωμάτων, όπως στην εικόνα.1.1.1. Τα επίπεδα ενέργειας επιλέγονται σε σχέση με την προβαλλόμενη περιοχή, ώστε το εύρος θερμοκρασίας στο πλαίσιο προβολής να επηρεάζει την ευαισθησία. Ορισμένες φορές, οι ανιχνευτές υπέρυθρης ακτινοβολίας που χρησιμοποιούνται απαιτούν κρυογενή ψύξη για να λειτουργήσουν. Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της τεχνικής αυτής είναι οι μετρήσεις των μεγάλων περιοχών χωρίς επαφή [9].

Εικόνα.1.1.1: Βασική διαδικασία απεικόνισης υπέρυθρης θερμογραφίας.1. Ανιχνευτές θερμοκρασίας αντίστασης (Resistance Temperature Detectors) Ο αισθητήρας RTD αποτελείται είτε ένα πηνίο σύρματος, είτε ένα λεπτό φιλμ από καθαρό μέταλλο. Οι RTD λειτουργούν με τη χρήση της γνωστής θερμοκρασιακής ε- ξάρτησης της ηλεκτρικής αντίστασης του μεταλλικού αισθητήρα. Όσο θερμό είναι το μέταλλο, τόσο μεγαλύτερη είναι η μέτρηση της αντίσταση. Η διαδικασία της μέτρηση της αντίστασης γίνεται τροφοδοτώντας ρεύμα στον αισθητήρα και παρακολουθώντας τα αποτελέσματα της τάσης. Ο πιο συνηθισμένος ανιχνευτές είναι το θερμόμετρο αντίστασης πλατίνας [9]..1. Θερμοχρωμικές συσκευές (Thermochromic devices) Οι Θερμοχρωμικές ετικέτες αλλάζουν χρώμα πάνω από μια θερμοκρασία και είναι συσκευές μια χρήσης. Επιπλέον, είναι εύκολες στη χρήση τους και με χαμηλό κόστος επιτρέποντας τη γρήγορη εκτίμηση μια λειτουργιάς μέσα σε φυσιολογικά πλαίσια θερμοκρασίας. Τα Θερμοχρωματικά φύλλα υγρών κρυστάλλων λειτουργούν παρόμοια με τις Θερμοχρωμικές ετικέτες. Η διαφορά τους είναι ότι τα Θερμοχρωματικά φύλλα αλλάζουν χρώμα συνεχώς σε μια ποικιλία περιορισμένων περιοχών θερμοκρασίας, παρέχοντας έναν οπτικό έλεγχο του χρώματος της θερμοκρασίας και της κατανομής της σε μια επιφάνεια, όπως στην εικόνα.1..1 [9]. 4

, Εικόνα.1..1: Παλάμη σε επαφή με θερμοχρωμικά φύλλα οπού παρατηρείται αλλαγή χρωμμάτων σε σχέση με το περιβάλλων χώρο..1.4 Θερμοστοιχεία (Thermocouples) Οι αισθητήρες thermocouples αποτελούνται από δύο ανόμοια μεταλλικά σύρματα που διασταυρώνονται στην άκρη τους και συνδέονται μεταξύ τους με συγκόλληση. Λειτουργούν με βάση μια επίδραση που βιώνουν οι αγωγοί με κλίσεις θερμοκρασίας κατά μήκος τους. Έπειτα, δημιουργούν μια θερμοηλεκτρική τάση μεταξύ των ανοιχτών άκρων ανάλογα με το μέγεθος της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ της διασταύρωσης ανίχνευσης και των ανοικτών άκρων, όπως στην εικόνα.1.4.1. Η τάση αυτή, ερμηνεύεται ως θερμοκρασία, εάν η θερμοκρασία αναφοράς των ανοικτών άκρων είναι γνωστή. Οι τύποι αισθητήρων (J,K,T,R, κλπ) έχουν διαφορετική ευαισθησία και διαφορετικά μήκη λειτουργίας με διαφορετικές δυνάμεις και αδυναμίες και πρέπει να επιλέγονται με βάση τις απαιτήσεις της εφαρμογής. Έχουν γρήγορους χρόνους ανταπόκρισης είναι φθηνοί και ανθεκτικοί και μπορούν να λειτουργήσουν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Οι RTDs δεν χρειάζονται εξωτερική ενέργεια για να λειτουργήσουν [9]. Εικόνα.1.4.1: Βασική λειτουργία τον thermocouples. Μετρήσεις φυσικής ακουστικής συχνότητας(acoustic Natural Frequency Measurements) Η διαδικασία των μετρήσεων φυσικής ακουστικής συχνότητας είναι να προκαλέσουν μια δόνηση σε μια διαδικασία της σκλήρυνσης, είτε με μηχανικό παλμό είτε με ηχητι-

κό κύμα (διέγερση).στη συνέχεια, ο μετατροπέας ανιχνεύει τη δόνηση και το σήμα που παράγεται αναλύεται. To φάσμα συχνοτήτων αυτής της δόνησης εξαρτάται από τις συντονισμένες συχνότητες και επηρεάζονται από: Ελαστική ιδιότητα του υλικού σκλήρυνσης Γεωμετρία του εξαρτήματος Πυκνότητα υλικού Το πλάτος των κορυφών συχνότητας συντονισμού είναι χρήσιμος δείκτης των ιδιοτήτων αυτών των υλικών. Οι μεταβολές στην πυκνότητα εμφανίζονται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης σκλήρυνσης. Ο συντονισμός είναι μια μέτρηση που σχετίζεται με το συνδυασμό των επιδράσεων της ακαμψίας και της πυκνότητας του υλικού [9]...1 Διέγερση κρούσης (Impact Excitation) Η μέθοδος της διέγερση κρούσης χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της κατάστασης της σκλήρυνσης ή τη διαστασιολογική ανοχή ενός τελικού τμήματος.h μέθοδος έναρξη παρουσιάζεται στην εικόνα...1.1. Εικόνα..1.1: Δόνηση μίας ορθογώνιας ράβδου Το τμήμα είναι αναρτημένο σε λεπτά τεντωμένα σύρματα. Χρησιμοποιείται ένα μικρό εργαλείο για να επηρεάσει το στοιχείο σε συγκεκριμένο σημείο. Το σημείο που χτυπάτε, όπως και ο τύπος υποστήριξης, καθορίζει τους τρόπους συντονισμού με στόχο την άμεση σύγκριση. Η τοποθέτηση υποστηριγμάτων στα σημεία των δοντιών της δόνησης μειώνει οποιαδήποτε περιττή απόσβεση. Η χειροκίνητη χρήση ή η χρήση των ηλεκτρομαγνητικών συσκευών μπορεί να εμφανίσουν ορισμένες επιπτώσεις της διαδικασία αυτή. Το χτύπημα πρέπει να είναι στιγμιαίο για να αποφευχθεί οποιοσδήποτε κραδασμός πάνω στο υλικό λόγο παρατεταμένης επαφής κατά την κρούση. Για την καταγραφή του ήχου χρησιμοποιείται ένα μικρόφωνο, υποβάλλοντας σε φασματική ανάλυση, για τον προσδιορισμό του περιεχομένου συχνότητας και ως εκ τούτου τυχόν αποκλίσεις από όρια του προϊόντος [9]... Διέγερση με ηχητικό κύμα (Sound Wave Excitation) Η μέθοδος της διέγερσης με ηχητικό κύμα χρησιμοποιείται για τους παλμούς ευρείας ζώνης χαμηλής συχνότητας ήχου. Οι παλμοί αυτοί παράγονται από έναν μορφοτροπέα και συντελούν στη δημιουργία συντονισμού στο προϊόν σκλήρυνσης. Τα ηχητικά κύματα μεταδίδονται μέσω κυματοδηγών στερεάς ράβδου σε άμεση επαφή με το υλικό, όπως στην εικόνα...1. Αυτό το σήμα μετακινείται κατά μήκος του εξαρτήματος στον συνδυασμό μετατροπέα-μεταδότη/ κυματοδηγού, που βρίσκεται σε κάποια α- 6

πόσταση. Το σήμα που λαμβάνεται στη συνέχεια παρακολουθείται και η συχνότητα που αντιστοιχεί στο πλάτος της κορυφής καταγράφεται από το προκύπτον φάσμα. Όσο η ακαμψία του υλικού αυξάνεται, τόσο η συχνότητα συντονισμού αυξάνεται. Αυτή η μέθοδος δίνει μια άμεση ένδειξη της αύξησης του συντελεστή υλικού καθώς προχωράει η σκλήρυνση. Η διέγερση με ηχητικό κύμα είναι αρκετά ανθεκτική για τη χρήση σε βιομηχανικά περιβάλλοντα και οι κυματοδηγοί επιτρέπουν την πρόσβαση σε κλειστές διαδικασίες μούχλας [1]. Εικόνα...1 : Παρακολούθηση ακουστικής σκλήρυνσης ενός συγκολλητικού δεσμού.. Μετρήσεις υπερηχητικής ταχύτητας (Ultrasonic Velocity Measurements) Η ταχύτητα του ήχου σε ένα υλικό εξαρτάται από την πυκνότητα και το μέτρο ελαστικότητας. Tο γεγονός αυτό, εκμεταλλεύονται οι μετρήσεις υπερηχητικής ταχύτητας κατά την παρακολούθηση της διαδικασίας της σκλήρυνσης. Ο χρόνος του ήχου αντανακλά στην κατάσταση σκλήρυνσης, όπου οι μεταβολές πάχους και πυκνότητας είναι αμελητέες. Η υπερηχητική ταχύτητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του συντελεστή του υλικού, ένα η πυκνότητα είναι γνωστή, πράγμα δύσκολο διότι η πυκνότητα αλλάζει με την πρόοδο της σκλήρυνσης και της θερμοκρασίας. Για το λόγο αυτό, η υπερηχητική ταχύτητα ορίζεται ως σχετικό μέτρο των συνδυασμένων ιδιοτήτων υλικών. Μέσω αυτής της μεθόδου μπορούν να μετρηθούν οι συχνότητες αιχμής και το μέγιστο εύρος [9]. Οι μετρήσεις υπερήχων μπορούν να γίνουν με δύο τρόπους, χρησιμοποιώντας είτε κύματα συμπίεσης είτε διάτμησης μέσω της μετάδοσης και μέσω της παλμική ηχώ. Τα κύματα συμπίεσης χρησιμοποιούνται συχνότερα από τα κύματα διάτμησης. Τα κύματα διάτμησης είναι πιο ευαίσθητα στο τέλος της θεραπείας, όταν το μεγαλύτερο μέρος του δικτύου έχει αναπτυχθεί και είναι πιο δύσκολα να εφαρμοστούν στην πράξη [1]...1 Μέσω μετάδοσης (Through Transmission) Η μέθοδος της τεχνικής διαμέσου της μετάδοσης, απαιτεί δύο μορφοτροπείς, ευθυγραμμισμένους οριζόντια. Η ηλεκτρονική μονάδα διέγερσης παράγει μια ακίδα τάσης, η οποία ενεργοποιεί έναν παλμό υπερήχων από τον μετατροπέα μετάδοσης. Ο παλ-

μός κινείται διαμέσου του υλικού και παραλαμβάνεται από τον δεύτερο μορφοτροπέα όπως στην εικόνα...1.1. Εικόνα...1.1:Μέθοδος μετάδοσης μέσω υπερήχων, με τυπικό λαμβανόμενο σήμα Το σήμα που έχει ληφθεί μπορεί να ενισχυθεί και να εμφανιστεί σε υπολογιστή. Μία διασταύρωση της βασικής γραμμής, το οποίο αποτελεί ένα χαρακτηριστικό του παλμού, χρησιμοποιείται για το πέρασμα του υπερήχου από έναν ανιχνευτή σε άλλον. Για την εξαφάνιση της ευαισθησίας κατά τη παρακολούθηση της σκλήρυνσης, οι χρόνοι πρέπει να επιλυθούν μέχρι 1 ns. Οι μετρήσεις γίνονται ανά τακτά χρονικά διαστήματα και η διαδικασία της μετάδοσης μέσω υπέρηχων μπορεί να αυτοματοποιηθεί χρησιμοποιώντας έλεγχο λογισμικού και ανάλυση. Η μέθοδος αυτή, σε διαδικασίες με υψηλή θερμοκρασία επιτρέπει τη διαθεσιμότητα ανθεκτικών υπερηχητικών μετατροπέων υψηλής θερμοκρασίας. Στην περίπτωση αυτή, το σύστημα πρέπει να βαθμονομείται για μεταβολές στην απόκριση του μετατροπέα με τη θερμοκρασία. Επιπλέον, η συμπερίληψη μετατροπέων σε τοίχους εργαλείων, σε απόσταση λίγων χιλιοστών από το υλικό, επιτρέπει τη χρήση αυτής της μεθόδου σε κλειστά περιβάλλοντα επεξεργασίας. Εν κατακλείδι, η συχνότητα, η ισχύς και η διάμετρος του μετατροπέα καθορίζουν το μέγιστο πάχος εξασθένηση του υλικού που μπορεί να διερευνηθεί [9]... Παλμική ηχώ (Pulse-Echo) Η διαδικασία της παλμικής ηχώ βασίζεται στις ίδιες αρχές του χρόνου υπερηχητικής πτήση με τη μόνη διαφορά ότι χρησιμοποιείται μόνο ένας μετατροπέας, όπως στην εικόνα...1. Κατά τη διαδικασία αυτή, στέλνετε ένας παλμός μέσω του υλικού και στα όρια μεταξύ του υλικού και του αέρος ή του τοιχώματος του καλουπιού, ο παλμός ανακλάται λόγω της ασυμμετρίας της ακουστικής αντίστασης. Το ανακλώμενο σήμα εγκλωβίζεται από τον ίδιο μετατροπέα και καθορίζεται ο χρόνος μεταφοράς του.

Εικόνα...1: Έλεγχος υπερήχων παλμού-ηχώ, με το χαρακτηριστικό εισερχόμενο σήμα Η παλμική ηχώ έχει περιορισμένη εφαρμογή κυρίως για πολύ λεπτά ή υψηλής εξασθένισής υλικά, διότι ο παλμός ταξιδεύει δυο φορές (μπρος και πίσω) μέσα στο δείγμα βιώνει δύο φορές και την απώλεια του σήματος. Επιπλέον, η διαδικασία της παλμικής ηχώ περιορίζεται από τις παρεμβολές μεταξύ μεταδιδόμενων και λαμβανόμενων σημάτων και από το σύνθετο ανακλώμενο σήμα που λαμβάνεται από πολλαπλές διεπαφές. Με τον όρο διεπαφές εννοούνται ειδικά γεμισμένα πολυμερή όπως ενισχυμένα με ίνες σύνθετα υλικά. Ορισμένοι από τους περιορισμούς μπορεί να προκύψουν από τις λεπτές επικαλύψεις όπου το σήμα δείγματος θα καλυφθεί από το κουδούνισμα που πυροδοτείται μέσω του παλμού διέγερσης. Η μέθοδος αυτή, είναι ιδανική ό- ταν είναι διαθέσιμη μόνο η μονόπλευρη πρόσβαση, είναι πιο ευαίσθητη από τη μετάδοση και έχει αντίστοιχα χαμηλότερο κόστος εξοπλισμού [9]..4 Μετρήσεις τάσεων με τη χρήση οπτικών ινών ( Fibre Optic Strain Measurements) Η μέθοδος της μέτρησης τάσεων με τη χρήση οπτικών ινών Bragg είναι η πιο αναπτυγμένη μέθοδος παρακολούθησης σκλήρυνσης. Η μέθοδος αυτή αφορά την αύξηση του ενδιαφέροντος και την υιοθέτηση παρακολούθησης θεμάτων που αφορούν την υγεία. Η εξέλιξη των οπτικών ινών ως μέσου για τον προσδιορισμό της προόδου της σκλήρυνσης δεν έχει διερευνηθεί ευρέως. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιεί οπτικές ίνες ενσωματωμένες στη ρητίνη για την παρακολούθηση της συσσωρευμένης τάσης μέσα στο υλικό, λόγω περιορισμένης θερμικής παραμόρφωσης και χημικής συρρίκνωσης κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης. Οι οπτικές ίνες είναι κυματοδηγοί που χρησιμοποιούνται για να περιορίσουν το φως και να το κατευθύνουν.συνήθως αποτελούνται από πυρήνες πυριτικού γυαλιού με επένδυση ενός χαμηλότερου δείκτη διαθλάσεως. Με αποτέλεσμα όλη η εσωτερική αντανάκλαση που προκύπτει να συμβαίνει πάνω στα τοιχώματα και το φως διαδίδεται κατά μήκος του πυρήνα των ινών. Επιπρόσθετα στρώσεις πολυμερούς υλικού 9

παρέχουν προστασία από τυχόν καταπονήσεις. Μια τυπική δομή μια οπτική ίνας εμφανίζεται στην Εικόνα..4.1 [9]. Εικόνα..4.1: Τυπική δομή οπτικής ίνας με πλέγμα Bragg

Κεφάλαιο ο Τεχνική παρακολούθησης με την χρήση διηλεκτρικών αισθητήρων (Dielectric Measurements) Αυτή η τεχνική χρησιμοποιεί ηλεκτρόδια σε επαφή με τη ρητίνη για την παρακολούθηση της καθώς και την εξέλιξη των εγγενών ηλεκτρικών ιδιοτήτων του υλικού, που οφείλονται σε Χημικές και φυσικές αλλαγές κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης (ιξώδες και T g ). Η βασική αρχή της λειτουργίας είναι η μέτρηση των αλλαγών στην τάση και στο ρεύμα μεταξύ ενός ζεύγους ηλεκτροδίων. Αυτή η μέθοδος θεωρείται ότι είναι η πιο ολοκληρωμένη στην ανίχνευση όλων των σημαντικών σταδίων κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης, παρά την φαινομενικά αφηρημένη φύση των διηλεκτρικών ιδιοτήτων και την αβεβαιότητα ως προς τη συνάφειά τους με τις παραμέτρους επεξεργασίας. Η εφαρμογή μιας ημιτονοειδούς τάσης σε ένα ζεύγος ηλεκτροδίων δημιουργεί ένα τοπικό ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό προκαλεί κίνηση ιόντων και περιστροφή δίπολου εντός της ρητίνης δημιουργώντας ένα ημιτονοειδές ρεύμα. Αυτές οι κινήσεις παρεμποδίζονται με σύρματα, με αποτέλεσμα μια διαφορά φάσης μεταξύ της εφαρμοζόμενης τάσης και του διεγερμένου ρεύματος, όπως φαίνεται στην Εικόνα..1. Εικόνα..1: Σχέση πλάτους και φάσης μεταξύ εφαρμοζόμενης τάσης και ανταπόκρισης του ρεύματος Αυτή η ανακατανομή και αναπροσανατολισμός της φόρτισης προκύπτει μόνο όταν τα φορτισμένα μόρια κινούνται επαρκώς για να ανταποκριθούν εντός της χρονικής κλίμακας / συχνότητας του πεδίου. Μέσω της μέτρησης της τρέχουσας και της αντίστοιχης τάσης σε τακτά χρονικά διαστήματα και των μερικών συχνοτήτων που προχωρούν στη σκλήρυνση (όσο το δυνατόν στην περιοχή εντός 1 4-1 11 Hz), η μεταβαλλόμενη αγωγιμότητα και η χωρητικότητα της ρητίνης μπορεί να προσδιοριστεί Οι ηλεκτρικές ιδιότητες μπορούν να εκφράζονται με διαφορετικούς τρόπους, από το μετρημένη τάση, V, και το ρεύμα, I, και την μετατόπιση φάσης, δ Η πιο βασική μέτρηση είναι η σύνθετη αντίσταση, Z. Αυτό καθορίζει την ηλεκτρική αντίσταση του εναλλασσόμενου ρεύματος και συνεπώς περιλαμβάνει πληροφορίες γωνίας φάσης. Το Z προσδιορίζεται από το Z'- υποδεικνύει το πραγματικό μέρος ή την απόκριση στην φάση και το 'iz '- υποδηλώνει το "φανταστικό" τμήμα ή την απόκριση μετατόπισης φάσης κατά 9. 1

Αυτό μπορεί να μετατρέπεται σε διηλεκτρική διαπερατότητα, ε, η οποία καθορίζει την ικανότητα του υλικού να αποθηκεύει φορτίο από το εφαρμοζόμενο πεδίο. Όπου C = ε A / d είναι η χωρητικότητα γεωμετρικού ηλεκτροδίου κενού του κυττάρου. Ε είναι η διαπερατότητα του κενού (.4 x 1 1 F / m) και η A / d είναι η σταθερά κυψελών η οποία εξαρτάται από την απόσταση των ηλεκτροδίων [9]. Η ανάλυση που χρησιμοποιείται για την ερμηνεία των διηλεκτρικών δεδομένων εξαρτάται από την ιδιαίτερη συμπεριφορά του υπό μελέτη υλικού, το οποίο μπορεί να μεταβληθεί μεταξύ πρώιμων και μεταγενέστερων σταδίων της σκλήρυνσης και ως εκ τούτου προκύπτει : Διπολικό συστατικό - υπάρχει σε υψηλή συχνότητα και υψηλό ιξώδες, τέτοιο όπως μετά από ζελατινοποίηση, και Ιονικό συστατικό υπάρχει σε χαμηλή συχνότητα και χαμηλό ιξώδες, τέτοιο όπως πριν από τη ζελατινοποίηση, καθώς και σε υψηλές θερμοκρασίες [1]..1 ισοδύναμα κυκλώματα (Equivalent Circuits) Είναι βολικό να χρησιμοποιηθούν ηλεκτρικά κυκλώματα αποτελούμενα από αντιστάτες και πυκνωτές για να αντιπροσωπεύουν τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά μιας ρητίνης, ανάλογα με τα μοντέλα ελατηρίων και ταμπλό που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή της ιξωδοελαστικότητας. Διαφορετικά ισοδύναμα κυκλώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την περιγραφή υλικών που εμφανίζουν ιδιαίτερη συμπεριφορά: Χαλάρωση - κύκλωμα σειράς (αυτά τα υλικά δείχνουν μια κορυφή στο ε "ή συντελεστή απώλειας διηλεκτρικών) Αγωγιμότητα - παράλληλο κύκλωμα (αυτά τα υλικά παρουσιάζουν μια κορυφή στο Ζ '' ή Φανταστική αντίσταση), και Χαλάρωση και αγωγιμότητα - συνδυασμένο κύκλωμα. Παραδείγματα της αναμενόμενης ηλεκτρικής απόκρισης για καθέναν από αυτούς τους τύπους συμπεριφοράς υλικού παρουσιάζονται στην Εικόνα..1.1 [1].

Εικόνα.1.1: Παραδείγματα αναμενόμενης ηλεκτρικής απόκρισης για κάθε έναν από αυτούς τους τύπους συμπεριφοράς τυπική απάντηση υλικού σε ηλεκτρικό πεδίο: χαλάρωση (πάνω αριστερά), αγωγιμότητα (πάνω δεξιά) και συνδυασμένη αγωγή και χαλάρωση (χαμηλότερη).. Αγωγιμότητα (Conductivity) Η μετανάστευση φορτίου επηρεάζει την απώλεια διηλεκτρικού, ε" προσθέτοντας μια επιπλέον καταλυτική συμβολή τέτοια ώστε: Στις συχνότητες στις οποίες κυριαρχεί η αγωγή: Η αγωγιμότητα, σ, αποτελεί βολικό μέσω μέτρησης της σκλήρυνσης μέχρι το σημείο πήξης. Πριν από το σημείο πήξης, το ιξώδες ρητίνης είναι αντιστρόφως ανάλογο της αγωγιμότητας. Διάφορα αξιοσημείωτα στάδια σκλήρυνσης μπορούν να εξαχθούν από την αγωγιμότητα, που παρουσιάζεται σχηματικά στην Εικόνα...1: Ελάχιστο ιξώδες ρητίνης - αντιστοιχεί στο μέγιστο στο γράφημα της Ιοντικής αγωγιμότητας με τον χρόνο σκλήρυνσης Σημείο ζελατινοποίησης - ποιοτικά βρίσκεται στην κλίση στο διάγραμμα της αγωγιμότητας με τον χρόνο σκλήρυνσης Ολοκλήρωση της αντίδρασής ο χρόνος που προέρχεται από το γράφημα αγωγιμότητας με τον χρόνο που είναι ποιοτικά ίδιος με την τιμή της σκλήρυνσης οπού η περιοχή του σχηματιζόμενου οροπεδίου υποδηλώνει τον μέγιστο βαθμό σκλήρυνσης.

Εικόνα..1: Διάγραμμα αγωγιμότητας χρόνου Η αγωγιμότητα θα πρέπει να είναι η ίδια για όλες τις συχνότητες εάν δεν επηρεάζεται από τη χαλάρωση των δίπολων (σε υψηλές συχνότητες) ή την πόλωση των ηλεκτροδίων (σε χαμηλές συχνότητες < Hz). Εάν παρατηρηθεί εξάρτηση από τη συχνότητα, τότε η περιοχή συχνοτήτων της μέτρησης αγωγιμότητας πρέπει να αλλάξει σε μια πιο ανθεκτική περιοχή [9].. Διηλεκτρικοί αισθητήρες ως μέσω μέτρησης (Dielectric Sensors) Υπάρχουν διάφορες παραλλαγές αισθητήρων, όπως φαίνεται στην Εικόνα...1: Οι δύο κύριοι τύποι είναι: Δια-ψηφιακοί αισθητήρες και Παράλληλες πλάκες ή αισθητήρες Εικόνα...1: Βασικές παραλλαγές αισθητήρων διηλεκτρικού και τα προκύπτοντα ηλεκτρικά πεδία: Δια-ψηφιακή (αριστερά), παράλληλη πλάκα (κεντρική) και ομοαξονική (δεξιά). Οι δια-ψηφιοποιημένοι αισθητήρες είναι μονής επιφάνειας, μεταλλικά ηλεκτρόδια με μορφή χτένας σχεδιασμένα και τυπωμένα επάνω σε ένα μικρό, λεπτό μονωτικό υ- πόστρωμα. 4

Παράγουν πεδία πτύχωσης, μεταξύ γειτονικών ηλεκτροδίων με αντίθετη πολικότητα, που εκτείνονται προς τα έξω στη ρητίνη σε απόσταση που καθορίζεται από τη γεωμετρία / απόσταση ηλεκτροδίων. Τα ζεύγη αισθητήρων πλάκας είναι στερεές περιοχές μεταλλικού ηλεκτροδίου εναποτιθέμενες σε μονωτική βάση. Αυτά παράγουν ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των πλακών αντίθετης πολικότητας. Οι διηλεκτρικοί αισθητήρες μπορούν είτε να εμφυτεύονται είτε να επαναχρησιμοποιούνται και τοποθετούνται εξωτερικά για επιφάνεια ή ενσωματωμένοι για εσωτερικές μετρήσεις. Επιπλέον, χρειάζονται προστασία από βραχυκύκλωμα έναντι οποιωνδήποτε αγώγιμων συστατικών μέσα στο υλικό, π.χ. Μεταλλικά σωματιδιακά πληρωτικά ή ενισχυτικά με ίνες άνθρακα, αλλά πρέπει ακόμα να παραμείνουν σε στενή επαφή με τη ρητίνη κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας. Διατίθενται διαθέσιμοι αισθητήρες οι οποίοι μπορούν να τοποθετηθούν ως ένα ενσωματωμένο τμήμα ενός καλουπιού. Οι αισθητήρες συνδέονται με έναν ανιχνευτή αντίστασης, o οποίος χρησιμοποιείται για την εκτέλεση ηλεκτρικών μετρήσεων σε μια ευρεία περιοχή συχνοτήτων και στη συνέχεια συλλέγει δεδομένα σε τακτά χρονικά διαστήματα κατά τη διάρκεια του κύκλου σκλήρυνσης [9]. Εικόνα...: Διηλεκτρικός αισθητήρας προσαρμοσμένος σε καλούπι

Κεφάλαιο 4 ο Πειραματική Μέθοδος Η μέθοδος που παρακολούθησης που χρησιμοποιήθηκε για την διεκπεραίωση των πειραμάτων ήταν με την χρήση διηλεκτρικού αισθητήρα πάνω σε σύνθετο υλικό με μήτρα εποξική ρητίνη με μέσον ενίσχυσης ίνες άνθρακα (pre-preg στρώσεις) και δημιουργία κενού. Σαν σκοπό η εφαρμογή των πειραμάτων έχει να αναδείξει την σημαντικότητα της χρήσης των διηλεκτρικών αισθητήρων στην βιομηχανική χρήση. Η χρήση των αισθητήρων μπορεί να βοηθήσει στην σωστή παρακολούθηση και στην μείωση του χρόνου της διεργασίας της σκλήρυνσης με συνέπεια την μείωση του κόστους και των εργατοωρών. Όπως θα αναλύσουμε και παρακάτω στα πλαίσια της μελέτης πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο τρία πειράματα εκ τον οποίον το ένα λόγο προβλήματος που δημιουργήθηκε κατά την προσπάθεια δημιουργίας κενού δεν μας έφερε αντικειμενικά αποτελέσματα. Ωστόσο τα άλλα δύο πειράματα στέφτηκαν με απόλυτη επιτυχία. Κατά το πρώτο πείραμα ακολουθήθηκαν οι οδηγίες πού δίνει ο κατασκευαστής της ρητίνης και στο δεύτερο χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα του αισθητήρα του πρώτου πειράματος με σκοπό την μείωση του χρόνου σε συνδυασμό με την μέγιστη διατήρηση των μηχανικών ιδιοτήτων του σύνθετου υλικού μας. Κατά την διάρκεια των πειραμάτων τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν είναι τα εξής : Στρώσεις γυαλιού καλούπι Pre-preg στρώσεις Εικόνα 4.1: Προετοιμασία καλουπιού controller thermocouples Σωλήνα αντλίας κενού software 6

Εικόνα 4.: Το καλούπι με τον αισθητήρα προσαρμοσμένο έτοιμο για την εκκίνηση των πειραμάτων 4.1 Περιγραφή προ πειραματικής διαδικασίας Στο πρώτο στάδιο πριν την εκκίνηση των πειραμάτων κόβουμε τα προεμποτισμένα με ρητίνη φύλλα στο μέγεθος που θέλουμε στην προκείμενη περίπτωση *cm.επόμενο βήμα είναι η τοποθέτηση του αισθητήρα και των thermocouples στο καλούπι. Στην συνέχεια καθαρίζουμε την επιφάνεια του αισθητήρα με ακετόνη σε ένα μαλακό χαρτί και ελέγχουμε αν η επιφάνεια είναι καθαρή αν όχι επαναλαμβάνουμε την διαδικασία μέχρι να καθαρίσει πλήρως. Μετά τοποθετούμε αποκολλητικό στα σημεία που θα μπει η κολλητική πλαστελίνη έτσι ώστε μετά το τέλμα του πειράματος να είναι πιο εύκολη η αποκόλληση της από το καλούπι. Σφίγγουμε τα παξιμάδια προσαρμογής χρησιμοποιώντας δύο κλειδιά. Κόβουμε και προσαρμόζουμε τρία κομματάκια υφάσματος γυαλιού (1 mm. διάμετρο) και τα τοποθετούμε στην επιφάνεια του αισθητήρα. Τοποθετούμε πάνω από το πέπλο του γυαλιού τα pre-perg αφήνοντας ένα μικρό τμήμα από το πέπλο έξω από τα pre-perg. Στην συνέχεια κόβουμε το release film(1*1cm) και το τοποθετούμε πάνω στα προεμποτισμένα φύλλα. Έπειτα κόβουμε και δίνουμε κυλινδρικό σχήμα σε ένα κομμάτι υαλοβάμβακα και προσαρμόζουμε ώστε να έρχεται σε επαφή με την προέκταση του πέπλου του γυαλιού (αυτό γίνεται για να υπάρχει επικοινωνία της αντλίας με το κέντρο του αισθητήρα καταφέρνοντας καλύτερο κενό αέρος). Εφαρμόζουμε περιμετρικά την πλαστελίνη. Προσαρμόζουμε πάνω στην πλαστελίνη το thermocouple το οποίο σφηνώνουμε μέσα στα pre-preg. Επίσης προσαρμόζουμε το σωληνάκι της αντλίας μέσα στον κύλινδρο υαλοβάμβακα που έχουμε δημιουργήσει. Στη συνέχεια εφαρμόζουμε την σακούλα κενού αέρος πάνω στην πλαστελίνη και το κολλάμε έτσι ώστε να μην υπάρχει η παραμικρή εσοχή. Τέλος ενεργοποιούμε τον controller δίνοντας την εντολή που θέλουμε εφόσον από προηγούμενη μέρα έχει ρυθμιστεί ο PID ρυθμιστής του controller ενεργοποιούμε την αντλία έτσι ώστε να δημιουργήσουμε κενό και το πείραμα μας ξεκινά. Εφόσον όλες οι διαδικασίες για την εκκίνηση του πειράματος έχουν πραγματοποιηθεί στην συνέχεια ρυθμίζουμε τον controller να αυξήσει την θερμοκρασία

Κεφάλαιο ο Ανάλυση Πειραμάτων.1 Πείραμα 1 ο Το πρώτο πείραμα πραγματοποιήθηκε με βάση τις ενδείξεις του κατασκευαστή της ρητίνης στα pre-preg φύλλα οι οποίες ήταν οι εξής: Heat to 11 C e C/min Hold at 11 C for 6 min Heat to 1 C e C/min Hold at 1 C for 1 min Cool to 1 C e C/min Το πείραμα αυτό ακολουθώντας τα δεδομένα του κατασκευαστή έχει διάρκεια λεπτά. Χρησιμοποιήσαμε τον διηλεκτρικό αισθητήρα προκείμενου να πάρουμε τα δεδομένα σε όλη την διάρκεια του πειράματος και τα δεδομένα που συλλέχτηκαν απαρτίζονται τον πίνακα.1 του παραρτήματος. Στον πίνακα.1 του παραρτήματος βλέπουμε με την πάροδο του χρόνου πως αλλάζει η αγωγιμότητα, η αντίσταση, η χωρητικότητα με την αύξηση της θερμοκρασίας για ευκολία οι παραπάνω μετρήσεις θα παρουσιαστούν και θα αναλυθούν στα παρακάτω διαγράμματα. Διάγραμμα αγωγιμότητας-θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου Με λευκή γραμμή παρουσιάζεται η αγωγιμότητα στον χρόνο και με κόκκινη η θερμοκρασία στον χρόνο. Στο διάγραμμα της εικόνας.1.1 και σύμφωνα με τον πίνακα.1 παρατήματος η πρώτη παρατήρηση που γίνεται είναι στο λεπτό που βλέπουμε την πρώτη μεγάλη μεταβολή της αγωγιμότητας σε αυτό το σημείο στους C έχουμε το λιώσιμο της ρητίνης και την επαφή της με τον αισθητήρα. Εν συνεχεία στο 44 ο λεπτό εντοπίζουμε ότι η θερμοκρασία φτάνει στους 11 C όπως του έχουμε θέσει εξ αρχής. Αμέσως επόμενη παρατήρηση γίνεται στο ο λεπτό (πίνακας.1) στο οποίο παρατηρούμε ένα είδους μικρή σκλήρυνση για αυτό βλέπουμε μια κάμψη στο διάγραμμα της εικόνας.1.1.

Εικόνα.1.1: Διάγραμμα αγωγιμότητας-θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου για το 1 ο πείραμα Έπειτα, εφόσον έχουμε κρατήσει την θερμοκρασία στους 11 C για 1 ώρα ρυθμίζουμε την θερμοκρασία να αυξηθεί στους 1 C με C/ min βλέπουμε ότι το 1 λεπτό αρχίζει η σκλήρυνση στους 144 C, οπού αγωγιμότητα αρχίζει και μειώνεται στο 144 ο λεπτό (πίνακας.1) ο ρυθμιστής μας φτάνει στην μέγιστη θερμοκρασία μέχρι ως ότου 194 ο λεπτό (πίνακας.1) παρατηρούμε ότι τελειώνει η σκλήρυνση καθώς η αγωγιμότητα έρχεται σε μια ισορροπία παρόλα αυτά συνεχίζουμε την διαδικασία όπως αναφέρει ο κατασκευαστής και το αφήνουμε να ολοκληρώσει ώρες στους 1 C και μετά ξεκινάει το cooling και στο ο λεπτό φτάνει πάλι στους 1 C. Διάγραμμα θερμοκρασίας-βαθμου πολυμερισμού συναρτήσει του χρόνου Στο διάγραμμα της εικόνας.1. παρατηρούμε την έναρξη της σκλήρυνσης, όπου ξεκινάει στο 1 ο λεπτό. Επιπλέον, διακρίνουμε ότι στο 194 ο λεπτό η σκλήρυνση έχει τελειώσει πράγμα που μας επιτρέπει να τελειώσουμε την διαδικασία και να ξεκινήσουμε το cooling. Παρόλα αυτά το πρώτο πείραμα συνεχίζεται μέχρι το πέρας των χρόνων του κατασκευαστή. 9

Εικόνα.1.: Διάγραμμα θερμοκρασίας-βαθμου πολυμερισμού συναρτήσει του χρόνου για το 1 ο πείραμα Στο διάγραμμα της εικόνας.1. παρουσιάζεται σε πιο κοντινή απόσταση το 194 λεπτό όπου είναι εμφανής το τέλος της σκλήρυνση εφόσον τα λευκά σημεία φτάνουν στην τελική τιμή. Εικόνα.1.:Διάγραμμα θερμοκρασίας-βαθμου πολυμερισμού συναρτήσει του χρόνου σε μεγέθυνση για το 1 ο πείραμα Διάγραμμά ιξώδους-θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου Στο διάγραμμα της εικόνας.1.4 παρατηρούμε ότι στο ο λεπτό, έχουμε το λιώσιμο της ρητίνης, όπως φάνηκε και στο διάγραμμα.1 του παραρτήματος. Το ιξώδες μειώνεται εφόσον αρχίζει από στερεή φάση να μετατρέπεται σε υγρή επομένως στο ο λεπτό που το ιξώδες έχει την πρώτη καταγραφή στα 1κ (mpa.s) η αγωγιμότητα βρίσκεται στα 1 p(s/m) και στο κατώτερο σημείο του ιξώδους που η ρητίνη βρίσκε- 4

ται σε πλήρως υγρή κατάσταση με ιξώδες ίσο με k (mpa.s) η αγωγιμότητα βρίσκεται στην μέγιστη τιμή της στα,4 μ(s/m). Εικόνα.1.4:Διάγραμμα ιξώδους-θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου για το 1 ο πείραμα Το διάγραμμα της εικόνας.1. απεικονίζει το ιξώδες κατά την διάρκεια της ισόθερμης αντίδρασης από το 44 ο λεπτό έως το 16 ο, οπού αυτό κυμαίνεται από τα k-k (mpa.s). Εικόνα.1.: Διάγραμμα του ιξώδους συναρτήσει του χρόνου κατά την ισόθερμη αντίδραση για το 1 ο πείραμα. Πείραμα Το πείραμα αυτό πραγματοποιήθηκε με βάση τα δεδομένα του 1 ου πειράματος. Με σκοπό στα σημεία που ο αισθητήρας μας δίνει πληροφορία ότι η εκάστοτε ενέργεια μπορεί να τερματιστεί,αυτό να πράττουμε. Έτσι ώστε να αποδειχθεί ότι με τη χρήση του αισθητήρα υπάρχει καλύτερη ταξινόμηση του χρόνου για το ίδιο ποιοτικά υλικό. Συγκεκριμένα στο: Στο 1 ο στάδιο του ου πειράματος, ζεστάναμε το καλούπι μας με τα pre-preg φύλλα μέχρι τους 11 ο C γεγονός που διήρκησε 4 λεπτά. 41

Στο ο στάδιο του ου πειράματος, βασιστήκαμε στην παρατήρηση του 1 ου πειράματος, ότι η μικρή σκλήρυνση ξεκίνησε το ο λεπτό, δηλαδή 6 λεπτά μετά την σταθεροποίηση της θερμοκρασίας στους 11 ο C. Στο ο στάδιο αυξήσαμε την θερμοκρασία στους 1 ο C με χρόνο διαρκείας 4 λεπτά. Το 4 ο στάδιο του ου πειράματος, δηλαδή αυτό της παραμονής στου 1 ο C κράτησε για 4 λεπτά, σε αντίθεση με το πρώτο που διήρκησε 1 λεπτά. Στο πίνακα..1 βλέπουμε με την πάροδο του χρόνου πως αλλάζει η αγωγιμότητα, η αντίσταση, η χωρητικότητα με την αύξηση της θερμοκρασίας. Όλες οι παραπάνω μετρήσεις θα παρουσιαστούν και θα αναλυθούν στα παρακάτω διαγράμματα. Διάγραμμα αγωγιμότητας-θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου Στο διάγραμμα της εικόνας..1 βλέπουμε την ροή της αγωγιμότητας και της θερμοκρασίας στον χρόνο. Το λιώσιμο της ρητίνης εδώ σε συνδυασμό με τον πίνακα. του παραρτήματος φαίνεται να ξεκινάει το ο λεπτό με αγωγιμότητα,46 (S/m) σε αυτό το σημείο βλέπουμε ότι έχει αρχίσει το λιώσιμό της ρητίνης και έχουμε την πρώτη μέτρηση του ιξώδους. Στο 4 ο λεπτό, παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία έχει φτάσει στους 11 ο C με αγωγιμότητα,1699 (S/m). Εφόσον η θερμοκρασία έφτασε στους 11 ο C αρχίζει η μέτρηση τον 6 λεπτών ώσπου το ο λεπτό (πίνακας.) ρυθμίζουμε την αύξηση της θερμοκρασία στους 1 ο C. Σε αυτό το σημείο αξίζει να αναφέρουμε πως η διαδικασία παρότι μειώθηκε κατά 4 λεπτά φαίνεται ότι όλες οι διαδικασίες σκλήρυνσης μέχρι στιγμής έχουν γίνει ομαλά. Εικόνα..1: Διάγραμμα αγωγιμότητας-θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου για ο πείραμα Έπειτα με την αύξηση της θερμοκρασίας κατά το 9 ο λεπτό έχουμε την έναρξη της σκλήρυνσης (πίνακας.) φτάνοντας μέχρι το 14 ο λεπτό οπού έχουμε την μέγιστη 4

τιμή αγωγιμότητας και συνεπώς την χαμηλότερη τιμή του ιξώδους. Από κει και μετά αρχίζει και πέφτει η αγωγιμότητα. Στην πορεία η θερμοκρασία φτάνει το 11 ο λεπτό στην τιμή που ορίσαμε και από κει ξεκινάει η χρονομέτρηση των 4 λεπτών (στο 1 ο πείραμα ώρες). Εκεί βλέπουμε την αύξηση του ιξώδους και την πτώση της αγωγιμότητας μέχρι το 1 ο λεπτό που ο βαθμό πολυμερισμού όπως περιμέναμε φτάνει στην μεγίστη του τιμή. Στην συνέχεια ξεκινάει το cooling μέχρι το 1 ο λεπτό (πίνακας..1). Διάγραμμα ιξώδους-θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου Στο διάγραμμα της εικόνας.. τα σημεία με την μεγαλύτερη σημασία είναι: Tο 9 ο λεπτό που έχουμε την πρώτη ένδειξη μείωσης του ιξώδους. Tο 14 ο λεπτό στο οποίο έχουμε την ελάχιστη τιμή του και αντίστοιχα την μεγίστη της αγωγιμότητας. Tο 16 ο λεπτό που ο πολυμερισμός έχει φτάσει στο σημείο όπου η ρητίνη έχει στερεοποιηθεί. Εικόνα..: Διάγραμμα ιξώδους-θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου για το ο πείραμα Εικόνα..:Διάγραμμα ιξώδους συναρτήσει του χρόνου κατά την ισόθερμη αντίδραση του ου πειράματος 4

Διαγράμματα Βαθμού πολυμερισμού-θερμοκρασίας-χρόνου Στα διαγράμματα των εικόνων..4,.. παρουσιάζεται ο βαθμός πολυμερισμού κατά τη διάρκεια του πειράματος. Η πρώτη μέτρηση του πολυμερισμού έγινε το 9 ο λεπτό. Επιπλέον, επιβεβαιώνεται η λήξη της σκλήρυνσης το 14 ο λεπτό όπου διαγραμματικά αρχίζει μια ευθεία μέχρι το τέλος του πειράματος. Εικόνα..4: Διάγραμμα πολυμερισμού-θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου για το ο πείραμα Εικόνα..: Διάγραμμα πολυμερισμού-θερμοκρασίας συναρτήσει του χρόνου σε μεγέθυνση του ου πειράματος. NCC Πείραμα Για την ενίσχυση της μελέτης προσθέσαμε ένα πείραμα που πραγματοποιήθηκε από το NCC( National Composites Centre) στο Ηνωμένο Βασίλειο. Στο NCC πραγματοποιήθηκε μία μελέτη για την βελτιστοποίηση του προγράμματος σκλήρυνσης της ί- διας ρητίνης (). Η μελέτη βελτιστοποίησης πραγματοποιήθηκε σε autoclave φούρνο στο οποίο είχε εγκατασταθεί μέσα σύστημα παρακολούθησης με τη χρήση διηλεκτρικών αισθητήρων (4 αισθητήρες), όμοιο με αυτό της εργασίας. Το συγκεκριμένο 44

πείραμα μελετάει την απόκριση από δύο αισθητήρες, όπου ο αισθητήρας 1( πυκνωτής film) τοποθετήθηκε στο κέντρο ενός πολύστρωτου σύνθετου υλικού πάχους 14 mm και ο αισθητήρας στην επιφάνεια αυτού του κομματιού σε επαφή με το καλούπι. Στο πείραμα αυτό αναμένεται μεγάλο εξώθερμο (παραγωγή θερμότητας) στο κέντρο του κομματιού και για αυτό ο αισθητήρας 1 θα χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο της σκλήρυνσης δηλαδή όταν παρατηρηθεί ταχεία αντίδραση το κέντρο του κομματιού, η θερμοκρασία στο φούρνο θα μειωθεί ώστε να σωθεί το κομμάτι. Στη συνέχεια, θα επανέλθει η θερμοκρασία σκλήρυνσης για την ολοκλήρωσης της διαδικασίας. Διάγραμα αγωγιμότητας-θερμοκράσιας συναρτήσει του χρόνου 1 ου αισθητήρα Το διάγραμμα αυτό προέκυψε από τον πρώτο αισθητήρα, ο οποίος ήταν τοποθετημένος στο κέντρο του κομματιού. Εδώ παρατηρούμε ενώ εχεί ρυθμιστεί η θερμοκρασία να φτάσει στους 1 ο C (όπως και στα δικά μας πειράματα) ότι εφτασε στους 1 ο C αυτό συνέβη λόγο του αυξημένου παχους των pre-preg. Στην ουσία μετα το 1 ο λεπτό παρατηρήθηκε αργή άνοδος της θερμοκρασίας. Όταν ξεκίνησε η αντίδραση η παραγόμενη θερμότητα οδήγησε σε περαιτέρω άυξηση της θερμοκρασίας αδιαβατικά. Ο πρώτος αισθητήρας δεν λαβάνε ειδοποίηση για την αύξηση της με αποτέλεμσα την υπερμετρή αυξήση της.το γεγονός αυτό δημιούργησε μια εξώθερμη αντίδραση μετα το 1 ο λεπτό που οδήγησε σε μια βιαιή και απότομη σκλυρυνση στο εσωτερικό του υλικού σε αντίθεση με το εξωτερικό του τμήμα. Με βάση αυτό το συμβάν είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι η χρήση του αισθήτηρα «εσωσε την ζωη του κλίβανου με κενο αερός» καθώς όταν παρουσιάστικε η εξώθερμη ο φούρνος έκλεισε επομένως είχαμε αποτροπή πυρκαγίας. Επιπλέον, η χρήση του αισθητήρα βοηθά και στην μείωση των αποτυχημένων δοκίμων γιατί πλεον με την γνώση της γεωμετρίας του υλικού μπόρει να βρέθει πιο εύκολα το σωστό προφιλ έτσι ώστε να υπάρχει άμεση επικοινωνία με τον αισθητήρα πράγμα που συνεπάγεται με την ομαλή θέρμανση του υλικού προς αποφυγήν επιπρόσθετων αποτυχημένων δοκιμων η κακοφτιαγμένων τελικών προϊοντων. Εικόνα..1: Διάγραμμα αγωγιμότητας-θερμοκράσιας συναρτήσει του χρόνου του 1 ου αισθητήρα 4

Διάγραμα αγωγιμότητας-θερμοκράσιας συναρτήσει του χρόνου για τον ο αισθητήρα Το διάγρααμα της εικόνας.. αφόρα το δευτερό αισθητήρα, ο οποίος είναι τοποθετημένος στην επιφάνεια των στρώσεων pre-preg σε επαφή με το καλούπι. Παρατηρούμε ότι στο 1 ο λεπτό που έχουμε την απότομη αύξηση της θερμοκρασίας και το σβήσιμο του φόυρνου. Εκεί παρατηρείται μια απότομη σκλήρυνση και στην συνέχεία με την επαναλειτουργεία του φούρνου μια μικρή αύξηση της αγωγιμότητας και στο 1 ο λεπτό επανέναρξη της σκλήρυνσης του. Εικόνα..: Διάγραμμα αγωγιμότητας-θερμοκράσιας συναρτήσει του χρόνου για τον ο αισθητήρα Διάγραμα αγωγιμότητας συναρτήσει του χρόνου 1 ου και ου αισθητήρα Στα διαγράμματα των εικόνων..,..4 παρατηρούμε την αγωγιμότητα και τον δυό αισθητήρων όπως και την διαδικάσια της σκλήρυνση και στους δυο αισθητήρες ταυτόχρονα Εικόνα..: Διάγραμμα αγωγιμότητας συναρτήσει του χρόνου του 1 ου και ου αισθητήρα 46