Elektro-eğirme yöntemiyle üretilen farklı nanoelyaflarla takviye edilmiş polimer matrisli kompozitlerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi
Determination of the mechanical properties of polymer matrix composites reinforced with different nanofibers produced by electrospinning method
Yazar: EMİN USLU
Danışman: PROF. DR. MEHMET GAVGALI ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET OKAN ERDAL
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Nanoteknoloji, nano boyutta yapıların üretimini, karakterizasyonunu ve uygulamalarını içeren bir teknolojidir. Nanoteknolojik araştırmalarda ilgi odağı haline gelen nanoelyaflar, çapları 1 mikronun altındaki ipliksi görünüme sahip ve eşsiz bir takım özellikler sergileyen malzemelerdir. Nanoelyafların farklı üretim teknikleri olmasına rağmen, elektro-eğirme yöntemi yüksek gözeneklilik ve yüksek yüzey alanı/hacim oranına sahip nanoelyafları üretme kabiliyeti, basit ve uygun maliyetli olması nedeniyle yaygın olarak tercih edilmektedir. Elektro-eğirme, polimer çözeltisi veya eriyiğinden bir potansiyel fark ile nanoelyaf oluşturma işlemidir. Bu teknikle üretilen nanoelyaflar ilaç taşıyıcılar, membranlar, koruyucu giysiler, yara örtücüler ve sensörler gibi birçok alanda uygulama imkânı bulmaktadır. İki veya daha fazla malzemenin kombinasyonu ile elde edilen kompozitlerde de nanoelyafların kullanılmasıyla ile ilgili ümit vaat eden çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada nanoelyafların kompozit malzemelerde birincil takviye elemanı olarak kullanılması ile ilgili deneysel bir araştırma yapılmıştır. Bu bağlamda elektro-eğirme tekniği ile naylon 6.6 (N6.6), polivinil alkol (PVA), poliakrilonitril (PAN), polivinil klorür (PVC) ve polivinilprolidon (PVP) polimerlerinden nanoelyaflar üretilmiştir. Elde edilen bu nanoelyaflar ve epoksi reçine kullanılarak vakum infüzyon tekniği ile elyaf takviyeli polimer matrisli kompozitlerin imalatı gerçekleştirilmiştir. Kompozitlerin mekanik özellikleri çekme testleri ile belirlenmiştir. Nanoelyafların morfolojik özellikleri ile kompozitlerin çekme testleri sonucu oluşan hasarlı yüzeyleri SEM ile incelenmiştir. Numunelerin FTIR, TGA ve DSC teknikleri ile moleküler ve termal analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca mekanik özellikler kullanılarak kompozitlerin istatistiksel açıdan değerlendirmesi yapılmıştır. Çalışma sonucunda en iyi maksimum gerilme değerinin N6.6 nanoelyaflı kompozitte elde edildiği ve sırasıyla PVA'lı kompozitten % 9, PAN'lı kompozitten % 37 ve PVC'li kompozitten % 76 daha fazla olduğu görülmüştür.

Abstract:
Nanotechnology is a technology that includes the production, characterization and applications of nanosized structures. Nanofibres, which have become the focus of attention in nanotechnological research, are materials with a fibrous appearance less than 1 micron in diameter and exhibiting unique properties. Although nanofibres have various production techniques, the electrospinning method has been widely preferred due to its high porosity and the ability to produce nanofibres with a high surface area/volume ratio, being simple and cost effective. Electrospinning is the process of forming nanofibers with a potential difference from polymer solution or melt. The nanofibres produced with this technique find application in many areas such as drug carriers, membranes, protective clothing, dressers and sensors. Promising studies on the use of nanofibres have also been carried out in composites obtained by combining two or more materials. In this study, an experimental research was made on the use of nanofibres as the primary reinforcing element in composite materials. In this regard, nanofibres were produced from nylon 6.6 (N6.6), polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl chloride (PVC) and polyvinylprolidone (PVP) polymers by the electrospinning technique. Fiber reinforced polymer matrix composites were fabricated by vacuum infusion technique using these produced nanofibres and epoxy resin. The mechanical properties of composites were determined by tensile tests. The morphological properties of nanofibres and the damaged surfaces of the composites formed as a result of tensile tests were investigated with SEM. Molecular and thermal analysis of the samples were carried out with FTIR, TGA and DSC techniques. In addition, statistical evaluation of composites was made by using mechanical properties. As a result of the study, it was observed that the best maximum tensile value was obtained in N6.6 nanofiber composite and its value was higher than by 9%, 37%, and 76% for PVA composite, PAN composite, and PVC composite, respectively.