Modifiye nanokil ilaveli cam elyaf takviyeli polyester matrisli kompozit malzemelerin farklı çevresel şartlar altında fiziko-mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of physico-mechanical properties of glass fiber reinforced polyester matrix composite materials with modified nanoclays under different environmental conditions
Yazar: DENİZ BERTAN
Danışman: DOÇ. DR. GÖKHAN AÇIKBAŞ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Cam fiber takviyeli termoset matrisli kompozitler günümüzde havacılık, uzay, yapı, otomotiv, denizcilik, depolama sistemleri gibi sanayilerde endüstriyel ürünlerin üretiminde kullanılmaktadır. Özellikle denizcilik, depolama sistemleri gibi endüstrilerde yer alan firmaların üretim maliyetlerini düşürme, çevreye olumsuz etkisi az olan malzemeler geliştirme ve geri dönüşüme uygun malzemelerle çalışma, üretim esnasında enerji verimliğini arttıran teknolojiler ve aynı zamanda daha fonksiyonlu özelliklere sahip ürün geliştirme gibi karşıt isteklerin karşılanmasında polimer esaslı kompozit malzemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Fakat denizcilik ve su depolama sistemleri gibi alanlarda kullanılan kompozit malzemeler bulundukları ortamda çeşitli mekanik ve korozif ortamlara maruz kalmaktadır. Bu durum, cam fiber takviyeli plastiklerin üstün performanslarına rağmen, sulu ve kimyasal ortamlara maruz kaldıklarında önemli bir bozunmaya uğramalarına ve bunun sonucunda da mekanik performans ve dayanıklılıklarında önemli kayıplar yaşanmasına yol açmaktadır. Bu durum kompozit malzemelerin farklı malzemelerle desteklenme ihtiyacını ortaya çıkarmaktadır. Son zamanlarda nanoteknoloji alanındaki gelişmelerle birlikte, oldukça düşük miktarlarda nano toz malzeme ilavesi ile plastik matrisli kompozitlerin performansının iyileştirilmesine yönelik çalışmalar göze çarpmaktadır. Çünkü nano kil, yüksek mekanik, termal, fiziksel özelliklerin yanı sıra yüksek aspekt oranlı fiziksel yapısı, üretilecek nanokompozitlerde dolambaçlı yol oluşumu yoluyla gaz ve sıvı malzemelerin difüzyonuna karşı yüksek bariyer özellikleri elde etmek için benzersiz bir fırsat sunmaktadır. Nano killerin kompozit yapı içinde homojen dağıtılması, fiziksel özelliklerinin daha da iyileştirilebilmesi için ince bir hidrofobik tabaka ile kaplanması işlemi tek başına nano kil ilavesine göre daha gelişmiş özellikler elde edilebilmesini sağlamaktadır. Gerçekleştirilen tez çalışmasında modifiye nano kil kullanılarak, bu malzemelerin farklı çevresel koşullardaki fiziko-mekanik özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Çalışmada cam fiber takviye ve polyester matris miktarı sabit tutulmuş, nano kil ve modifiye nano kil miktarının tuzlu su, saf su ve hava ortamı gibi çevresel şartlar altında, kompozitin fiziko-mekanik özellikleri üzerine etkisi tespit edilmiştir. Sonuç olarak, cam elyaf kumaş takviyesi ile mekanik özelliklerde artış gözlense de nano kil ilave miktarına ve modifiye işlemine bağlı olarak fiziko-mekanik özelliklerde nano kil topaklanması kaynaklı azalma gözlenmiştir.

Abstract:
Glass fiber reinforced thermoset matrix composites are currently used in the production of
 industrial products in industries such as aviation, space, construction, automotive, marine, storage systems. Especially in industries such as maritime and storage systems, polymer-based composite materials are needed to meet the demands of companies such as reducing production costs, developing materials with less negative impact on the environment and working with materials suitable for recycling, technologies that increase energy efficiency during production and at the same time developing products with more functional features. However, composite materials used in areas such as marine and water storage systems are exposed to various mechanical and corrosive environments. This situation, despite the superior performance of glass fiber reinforced plastics, they undergo significant degradation when exposed to aqueous and chemical environments, resulting in significant losses in mechanical performance and durability. This situation reveals the need to support composite materials with different materials. Recently, with the developments in the field of nanotechnology, studies on improving the performance of plastic matrix composites with the addition of very low amounts of nano-powder materials have come to the fore. Because nano clay, in addition to its high mechanical, thermal and physical properties, its physical structure with high aspect ratio offers a unique opportunity to obtain high barrier properties against the diffusion of gas and liquid materials through the formation of winding paths in nanocomposites to be produced. Homogeneous distribution of nanoclays in the composite structure and coating with a thin hydrophobic layer to further improve the physical properties of nanoclays provides improved properties compared to the addition of nanoclay alone. In this thesis, the effect of modified nanoclay on the physico-mechanical properties of these materials under different environmental conditions was investigated. In the study, the amount of glass fiber reinforcement and polyester matrix was kept constant and the effect of nano clay and modified nano clay on the physico-mechanical properties of the composite under environmental conditions such as salt water, pure water and air environment was determined. As a result, although an increase in mechanical properties was observed with glass fiber fabric reinforcement, a decrease in physico-mechanical properties due to nanoclay agglomeration was observed depending on the amount of nanoclay addition and modification process.