Karbon ve bazalt takviyeli kompozitlerde silisyum dioksit nanopartikül katkısının mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of silicon dioxide nanoparticle addition on mechanical properties of carbon and basalt reinforced composites
Yazar: BATUHAN ŞENKAYA
Danışman: PROF. DR. CEMAL MERAN
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bazalt = Basalt ; Dokuma kumaşlar = Woven fabrics ; Karbon lifler = Carbon fibers ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; Silisyum dioksit = Silicon dioxide ; Vakum infüzyon yöntemi = Vacuum infusion method

Özet:
Kompozitlerde istenilen mekanik özellikleri sağlamak adına kullanılan takviye elemanının yapısı ve cinsi önem arz etmektedir. En çok kullanılan takviye elemanları ise yüksek performans liflerinden elde edilen dokuma kumaşlardır. Aynı zamanda kompozitten yüksek performans elde etmek için bu takviye elemanlarına ek nanopartiküllerin kullanımı da mevcuttur. Dokuma kumaş yapısının ve malzemesinin farklılaşmasıyla, kullanılan nanopartikülün bu değişimlere etkisi incelenmesi gereken bir konu olmuştur. Bu çalışmada takviye kumaşı olarak farklı kumaş alan kütlelerinde bezayağı desen karbon dokuma kumaşlar ve aynı kumaş alan kütlelerinde bezayağı desen bazalt dokuma kumaşlar kullanılmıştır. Nanopartikül olarak ise silisyum dioksit kullanılmıştır. Ardından vakum infüzyon yöntemi ile oluşturulan kompozit parçalar çekme, üç nokta eğilme ve izod darbe deneylerine tabii tutulmuştur. Yapılan tüm deneylerde silisyum dioksit nanopartikülünün etkisi en iyi, alan kütlesi 200 g olan karbon kumaş takviyelilerde görülmüştür. Bu kumaşlardan yapılan kompozitlerde vakum infüzyon yöntemi, elyaf/reçine arayüzlerinde daha optimum silisyum dioksit bulundurmasına yardımcı olmuştur. Kumaş alan kütlesi 245 g olan karbon kumaşın daha yoğun, 200 g olan bazalt kumaşın ise daha boşluklu kumaş yapısına yapıya sahip olması vakum infüzyon yöntemi ile bu etkinin oluşmamasına neden olmuştur. Silisyum dioksit olmayan karbon kumaşlardan oluşturulan kompozitlerde, alan kütlesinin artması çekme dayanımını düşürmüş olup eğilme ve izod darbe dayanımını artırmıştır. Dokuma sıklığı arttığı için bu etki gözlemlenmiştir.

Abstract:
In composites, the structure and type of reinforcement used to achieve the desired mechanical properties are crucial. The most commonly used reinforcements are woven fabrics made from high-performance fibers. Additionally, the use of nanoparticles in addition to these reinforcements is also available to achieve high performance from the composite. The effect of the nanoparticle used in these changes with the differentiation of woven fabric structure and material has become a subject that needs to be investigated. In this study, plain weave carbon woven fabrics with different fabric areal weights and plain weave basalt woven fabrics with the same fabric areal weights were used as reinforcement fabrics. Silicon dioxide was used as the nanoparticle. Then, composite parts manufactured by the vacuum infusion method were subjected to tensile, three-point flexural, and Izod impact tests. In all experiments, the effect of silicon dioxide nanoparticles was observed to be the best in carbon fabric reinforcements with an areal weight of 200 g. The vacuum infusion method in these fabrics helped to have a more optimal amount of silicon dioxide at the fiber/resin interfaces in the composites. The denser structure of the 245 g carbon fabric and the more porous fabric structure of the 200 g basalt fabric prevented this effect from occurring with the vacuum infusion method. In composites made from carbon fabrics without silicon dioxide, an increase in areal weight has reduced tensile strength while increasing flexural and Izod impact strength. This effect was observed because of the increase in weave density.