Aramid fiber takviyeli kompozitlerde nanopartikül takviyesinin mekanik ve balistik özelliklere etkilerinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the effects of nanoparticle reinforcement on mechanical and ballistic properties of aramid fiber reinforced composites
Yazar: SERKAN BATI
Danışman: PROF. DR. YAHYA HIŞMAN ÇELİK
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aramidler = Aramids ; Balistik darbe = Ballistic impact ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Stres-mekanik = Stress-mechanical ; Tabakalı kompozitler = Laminated composites

Özet:
Dokuma kumaş takviyeli lamine kompozitler, düzlem içi yönlerdeki yüklere karşı mükemmel direnç sağlarlar. Ancak düzlem dışı yüklere maruz kaldıklarında delaminasyon hasarı nedeniyle kullanılamaz hale gelirler. Delaminasyon hasarı, matris ve takviye malzemeleri arasındaki zayıf ara yüzey bağlarının bir sonucu olarak ortaya çıkar ve malzemenin verimli kullanımını kısıtlayarak önemli bir yapısal sorun oluşturur. Bu çalışma, grafen nanoplatelet (GNP), karboksil (COOH) ile işlevselleştirilmiş çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) ve bunların hibrit kombinasyonlarını kullanarak epoksi/aramid kompozitlerinin arayüzey bağlarını güçlendirerek mekanik ve balistik özelliklerini geliştirmeyi amaçlamaktadır. Mekanik özelliklerde meydana gelen değişimleri daha iyi anlamak için kompozitlerin çekme testi, kısa kiriş tabakalar arası kayma (SBS) testi, tek kenar çentik bükme (SENB) testi, yarı statik penetrasyon testi (QSPT) ve Charpy darbe testi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca kompozitlerin yüksek hızlı darbelere karşı davranışlarını incelemek için balistik testler yapılmıştır. Yapılan tüm testler sonucunda numuneler üzerinde meydana gelen hasarların makro görüntüleri alınarak incelenmiş, ayrıca çekme ve çentik darbe test numunelerinin kırılma yüzeylerinin taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile analizleri gerçekleştirilmiştir. Deneysel sonuçlardan elde edilen verilere göre, farklı nanoparçacık türleri ve oranları ile modifiye edilen epoksi matrisli aramid fiber takviyeli kompozitlerin (AFTK'ların) mekanik özelliklerinde önemli gelişmeler olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Woven fabric reinforced laminated composites provide excellent resistance to in-plane direction stresses. However, when exposed to out-of-plane loads, they become useless due to delamination damage. Delamination damage occurs as a result of poor interfacial bonding between the matrix and reinforcement materials and it creates a significant structural problem by restricting the material's efficient usage. This study aims to enhance the mechanical and ballistic properties of epoxy/aramid composites by strengthening their interfacial bonds by using graphene nanoplatelet (GNP), carboxyl (COOH) functionalized multi-walled carbon nanotube (MWCNT) and their hybrid combinations. Tensile test, short beam shear (SBS) test, single edge notch bending (SENB) test, quasi-static penetration test (QSPT), and Charpy impact test of the composites were carried out in this context to better understand the changes in mechanical behavior.  In addition, ballistic tests were performed to examine the behavior of composites against high-speed impacts. As a result of all tests, the damages on the samples were examined by taking macro images, and scanning electron microscope (SEM) analyzes of the fracture surfaces of the tensile and notch impact test samples were carried out. According to the data obtained from the experimental results, it was determined that there were significant improvements in the mechanical properties of epoxy matrix aramid fiber reinforced composites (AFRCs) modified with different nanoparticle types and ratios.