Düzlem içi ve kalınlık doğrultusunda hibritlemenin karbon-bazalt/epoksi kompozitlerinin darbe ve çekme davranışların incelenmesi
Evaluation of in-plane and through thickness hybridization of carbon-basalt / epoxy composites on impact and tensile behaviour
Yazar: HAFIZ MUHAMMAD NUMAN ZAFAR
Danışman: DOÇ. DR. FEHMİ NAİR
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kompozit malzemeleri metallere göre hafif, güçlü, esnek ve korozyona karşı yüksek dirence sahip olduğundan son senelerde mühendislerin dikkatini çekmeye başarmıştır. Özellikle Karbon fiberleri modern kompozitlerin en çok araştırılan fiberlerinden bir tanesidir. Bazalt fiberleri ise karbon fiberlerine göre daha esnek ve düşük Young Modülüne sahiptir ve üretimi daha basit olduğundan dolayı fiyatları daha uygundur. Hibrit Kompozitler birden fazla fiberlerin güçlendirici faz olarak bir matrisin içinde kullanıldığı yapılara denir. Akademik çalışmaların çoğu hibrit kompozitlerinde bulunan fiber tabakaların diziliş şeklini değiştirerek elde edilen yapıların mekanik özelliklerinin incelenmesine odaklanmıştır. Bu çalışma polimer matrisi olan bazalt ve karbon fiberlerin iki farklı tür hibrit kompozitlerin üretimine ve üretilen bu iki türlü hibritlerin darbe ve çekme davranışların incelenmesine odaklanmaktadır. Hibrit kompozit malzemelerinin içinde tamamen bazalt fiberlerinden, tamamen karbon fiberlerinden ve atkısı bazalt ama çözgüsü karbon olan örülmüş katmanlar kullanılmıştır. Birinci tür hibritlenme kalınlık doğrultusunda olmak üzere tamamen karbon ve tamamen bazalt fiberlerinden yapılmış katmanların dizilişinden meydana gelir. Birinci tür hibrit kompozitlerinde karbon ve bazalt katmanlarından oluşan üç farklı dizilişe sahip yapılar üretilmiştir. İkinci tür hibritlenme ise düzlem-içinde hibrit olmak üzere atkısı bazalt ve çözgüsü karbon olan örülmüş katmanların üst üste yerleştirilmesinden meydana gelir. Düzlem-içi hibrit kompozit ve kalınlık doğrultusunda hibrit olan kompozit VARTM (Vakum yardımıyla reçine enfüzyonu) tekniğiyle hazırlanmıştır. Her iki tür hibritlenmenin bu malzemelerin darbe ve çekme davranışlarını nasıl etkilediğini incelemek için çekme ve düşük hız darbe deneyi uygulanmıştır. Yapılan deneylerin sonuçları hem hangi diziliş şeklinin istenen mekanik özelliğine uygun olduğunu gösterir hem de hibritlenme türünün çekme ve darbe deneyinde nasıl davrandığını gösterir. Sonuçlara göre; çekme ve bastırma yüzeyinde bulunan katmanın türü (karbon veya bazalt) ve sayısı malzemenin enerji soğurma kapasitesini ve de esnekliğini etkilemektedir. Kalınlık doğrultusundaki hibrit kompozitlerin çekirdeği karbon katmanlarından oluşur ve bunların sayısı ise malzemenin çekme mukavemetini etkiler. Düzlem-içi hibrit kompozitleri çekme deneyinde kırılmadan önce en yüksek gerilme değeri gösterdi. Karbon fiberlerinden yapılmış olan kompozitlerine bazalt fiberlerin eklenmesi, malzemenin genel düktilitesini ve darbe dayanaklığını arttırır ve bu artış miktarı bazalt fiberlerinin malzemedeki konumuna göre değişir.

Abstract:
The composite materials have succeeded in catching the attention of engineers in the recent years because of their superior properties such as flexibility, strength, lightweight and resistance to corrosion as compared to metals. Specially the carbon fibers are one of the most researched modern composites. Basalt fibers possess lower Young's Modulus and are cheaper due to their easier less complicated manufacturing process as compared carbon fibers. Hybrid composites are the materials with multiple fibers as reinforcement in a single matrix. A number of academic studies have focused on changing the stacking sequence of the hybrid composites to investigate its effect on the mechanical properties of the new material.  This study addresses the fabrication of two types of polymer matrix hybrid composites made by carbon and basalt fibers and their tensile and impact behavior. Fabrics totally made by carbon fibers, basalt fibers and woven fabrics of carbon fibers as wrap and basalt fibers as weft are used in the fabrication of the hybrid composites. First type of hybrid composites is made by total carbon and basalt fabrics and called hybrid through thickness. A total of three different stacking sequences of the laminates are used in the first type of hybridization. Second type of hybridization is made by combining in-plane hybrid fabrics having wrap as carbon fibers and weft as basalt fibers and called in-plane hybridization. Bothe, hybrid through thickness and hybrid in plane are manufactured using VARTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) technique. In order to see the effect of such hybridizations on impact and tensile behavior, low speed drop weight impact test and tensile test are applied. The results lead to the appropriate stacking sequence for needed mechanical properties as well as shows how both types of hybridization behave under tensile loading and impact tests. According to results; the number and type of the fabric layers (Carbon, Basalt or In-plane hybrid fabric) on the compression and tension sides affects the damage absorption capacities and the flexure modulus of the laminates. The core hybrid through thickness hybrid composites is made of carbon fabrics and their number affects the tensile strength. The introduction of basalt fibers in the composites made by carbon increases the ductility and the damage resistance of the overall product which depends on the location and quantity of the basalt fibers in the material.