Grafen/Sİ3N4 ile nano boyutta katkılandırılmış termoplastiğin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation the mechanical properties of thermoplastic nano-doped with graphene/Sİ3N4
Yazar: OSMAN DALAR
Danışman: PROF. DR. FAZİLET ZÜMRÜT BİBER MÜFTÜLER ; DR. ÖĞR. ÜYESİ COŞKUN HARMANŞAH
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Nanokompozitler = Nanocomposites ; Termoplastik = Thermoplastic

Özet:
Tez çalışmasında; çevre dostu ve geri dönüştürülebilir termoplastik malzeme olan Polilaktik asit (PLA), Grafen ve Silisyum nitrür (Si3N4) karışımı, bir nanokompozitin mekanik özellikleri araştırılmıştır. Deneysel aşamada ilk olarak, nano boyuttaki grafen ve Si3N4 % 0,5, % 1 ve, % 2 oranlarında PLA'ya eklenerek çift vidalı ekstrüder ile homojen olacak şekilde karıştırılmıştır. Elde edilen nanokompozit grupları ve referans olarak kullanılan PLA ile, 185-195 °C aralığında tek vidalı ekstrüder ile filament üretimi gerçekleştirilmiştir. Sonraki aşamada ise, filamentlerden 3D yazıcı kullanılarak test numuneleri üretilmiş ve bu numunelerin çekme ve yorulma testleri yapılmıştır. Elde edilen test sonuçlarına göre; çekme mukavemeti en çok % 0,5 katkılı PLA/Grafen/Si3N4 malzemesinde görülmüştür. Bu oranda çekme mukavemeti PLA malzemesine kıyasla % 62,5 arttığı tespit edildi. Ancak grafen ve Si3N4 katkı oranının artışıyla birlikte % 0,5 katkılı nanokompozit malemeye göre çekme mukavemeti azalmaktadır. Ayrıca yorulma ömrü en iyi % 0,5 katkılı PLA/Grafen/Si3N4 malzemesi olarak tespit edilmiştir.
Tez çalışması, termoplastik esaslı nanokompozitlerin eklemeli imalat ile üretimine ve otomotiv, havacılık ve uzay endüstrilerinde kullanımına yönelik mevcut olanakları arttıracak yönde katkıda bulunabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
In this thesis, the mechanical properties of a nanocomposite of Polylactic acid (PLA), Graphene and Silicon nitride (Si3N4), an environmentally friendly and recyclable thermoplastic material, were investigated. At the experimental stage, nano-sized graphene and Si3N4 were added to PLA at 0.5 %, 1 % and 2 % ratios and mixed homogenously with a twin screw extruder. With the obtained nanocomposite groups and PLA used as reference, filament production was carried out with a single screw extruder in the range of 185-195 °C. In the next stage, test specimens were produced from the filaments using a 3D printer and tensile and fatigue tests of these specimens were performed. According to the test results obtained; the highest tensile strength was observed in PLA/Graphene/Si3N4 material with 0.5 % additive. At this rate, the tensile strength increased by 62.5 % compared to PLA material. However, with the increase of graphene and Si3N4 additive ratio, the tensile strength decreases compared to 0.5 % doped nanocomposite material. In addition, the best fatigue life was determined as 0.5 % doped PLA/Graphene/Si3N4 material.
It is thought that the thesis study can contribute to the production of thermoplastic based nanocomposites by additive manufacturing and to increase the existing opportunities for their use in automotive, aerospace and aerospace industries.