Nano-parçacık ihtiva eden kompozit plakaların düşük hızlı çarpma davranışının incelenmesi
An investigation on low-velocity impact behavior of composite laminates containing nano-particle resin system
Yazar: PELİN ALABAY
Danışman: PROF. DR. Ö. FARUK ELALDI
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Savunma Teknolojileri ve Sistemleri Ana Bilim Dalı / Savunma Platformları Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Darbe = Impact ; Darbe kuvveti = Impact force ; Düşük hız = Low velocity ; Kompozit levhalar = Composite plates ; Levhalar = Plates ; Nano parçacık = Nano particles

Özet:
Çok tabakalı kompozit plakalarda düşük hızlı çarpmalar sonucunda oluşabilecek tabakalar arası ayrışma (delaminasyon) ve penetrasyon/perforasyon gibi olaylarının incelenmesi büyük önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, aramid takviyeli nano-parçacık içeren epoksi kompozit plakaların düşük hızlı darbe davranışları deneysel olarak incelenmiştir. Bu maksatla, iki farklı nano-parçacık ile güçlendirilmiş epoksi matriks bazlı kompozit plakaların üretimi esnasında, epoksi reçine içerisine ilave edilen TiC ve ZrC nano-parçacık katkısının kompozit plakaların düşük hızlı çarpma davranışlarına etkileri araştırılmıştır. Bu kapsamda nano-parçacıklar epoksi reçineye ağırlıkça %1'i oranlarında, daha sonrasında bu karışımlara, epoksi sertleştirici 1/6 oranında, ilave edilerek ultrasonik karıştırıcı ile homojenize edilmiştir. Katkısız, ZrC ve TiC nano-parçacık içeren kompozit plakalar, 100 x 100 mm. boyutlarında 7 kat aramid fiber kumaş, nano-parçacık ihtiva eden epoksi reçine, [0°/45]7 şeklinde bir oryantasyon elde edilecek biçimde el yatırma yöntemi ile üretilmiştir. Daha sonra, el yatırma yöntemi ile üretilen kompozit plakaların, sabit bir yükseklikten, sabit bir enerji ile düşürülen impektör yardımıyla düşük hızlı çarpmaya karşı davranışları incelenmiştir. Düşük hızlı darbe testlerinde titanyum nano-parçacık katkılı plakalar, katkısız plakalara oranla % 19 oranında daha az penetrasyon vermiştir. Diğer bir deyişle katkısız plakalara oranla % 19 oranında çarpmaya/darbeye karşı daha fazla direnç göstermiştir. Buna karşılık zirkonyum nano-parçacık katkılı plakalar ise katkısız olan plakalara oranla düşük hızlı çarpmalara karşı % 4 oranında daha dirençli olmakla beraber, titanyum nano-parçacık katkılı olan plakalara oranla katkısının çarpma direnci açısından daha düşük kaldığı tespit edilmiştir.

ANAHTAR KELİMELER: Nano-parçacık, ZiC, TiC, aramid kompozit plakalar, düşük hızlı darbe

Abstract:
Analysis on delamination and penetration/perforation that may occur as a result of the low velocity impact in the multilayer composite structures is of great importance. In this thesis, the low velocity impact behavior of the aramid fiber reinforced epoxy composite plates, containing nano-particles, are studied experimentally. During the production of epoxy based composite plates reinforced with nano-particles, the effects of the TiC and ZrC nano-particle contribution which was added into the epoxy resin on low velocity impact behavior of the composite plates were studied. In the study, nano-particles were added into epoxy resin by 1 % in weight, and then epoxy hardener was added into this mixture by the rate of 1/6 and they were homogenized by means of an ultrasonic mixer. Nano-particle free, ZrC and TiC nano-particle containing composite plates were produced with hand lay-up method in such a way to obtain [0°/45]7 orientation with 7 layers of aramid fiber fabric in dimensions 100 x 100 mm. Then, the behavior of the composite plates produced with hand lay-out method against low velocity impact by means of an impactor dropped from a fixed height with a fixed potential energy were studied. In the low velocity impact tests, plates containing titanium nano-particles yielded 19 % less penetration depth in comparison with particle free plates. In order words, it showed more resistance against the impact by 19 % compared to particle free plates. On the other hand, although plates containing zirconium nano-particles are more resistant to low velocity impacts in comparison with particle free plates by 4 %, but, it has been determined that its contribution in terms of impact resistance remained lower than the plates containing titanium nano-particles.

KEYWORDS: Nano-particles, ZiC, TiC, aramid composite plates, low-velocity impact test