Cam-kevlar elyaf/epoksi hibrit kompozitlerin darbe davranışları üzerine fonksiyonellendirilmiş nanokil ilavesinin etkisi
The effect of the functionalized nanoclay addition on the impact behavior of glass-kevlar fiber / epoxy hybrid composites
Yazar: RECEP ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. ÜMRAN ESENDEMİR
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kompozit malzemeler, geçmişten günümüze sağladığı avantajlar sayesinde en çok tercih edilen malzemeler arasındadır.  Farklı hızlarda kısa süre içinde, bir malzeme ve yapı üzerine anlık dış kuvvetin yarattığı etkiye darbe denir. Artan darbe davranışına göre kompozit plakalarda oluşan hasar modları farklılık gösterebilmektedir. Bu hasar modlarını fiber kırılmaları, matriks çatlağı, delaminasyon,  ve delinme olarak sınıflandırabiliriz.

Bu çalışmada fonksiyonellendirilmiş nanokil (silan ve amine gruplu) ilavesinin cam elyaf/kevlar-epoksi hibrit kompozitlerin mekanik özelliklerine ve darbe davranışına etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Epoksi reçine içerisinde dört farklı konsantrasyonda  (%0, %1, %3 ve %5) fonksiyonellendirilmiş nanokil ilavesi karıştırılmıştır. Her 3 kevlar kumaş üzerine 1 düz örgülü cam kumaş konarak toplamda 12 tabakalı hibrit kompozit malzeme üretilmiştir. Üretimde   elle yatırma yöntemi kullanılmıştır.

Farklı nanokil oranlarındaki kompozit numunelerin mekanik özellikleri ASTM standartlarına uygun olarak belirlenmiştir. Malzemelerin mekanik özelliklerini belirlemek için uygulanan çekme testi 100kN yük kapasitesine sahip Shimadzu AG-100 çekme cihazında gerçekleştirilmiştir. Üretilen numunelerin vickers sertlik ölçümleri HWMMT-X marka cihazda yapılmıştır. Darbe testleri için kompozit plakalar 100 mm x 100 mm boyutlarında su jeti ile kesilmiştir. Darbe deneyleri ağırlık düşürme prensibi ile çalışan CEAST Fractovis Plus darbe cihazı kullanılarak yapılmıştır.  Kompozit plakalara 10J, 20J ve 30J darbe enerjisi uygulanmıştır. Bütün testler oda sıcaklığında yapılmıştır. Kuvvet-çökme, absorbe edilen enerji- zaman, hız-zaman ve kuvvet-zaman eğrileri çizilmiş ve her bir eğri kendi içinde karşılaştırılmıştır. 

Yapılan çalışma sonucunda, uygulanan tüm darbe enerjilerinde numunelerde delinme gözlenmediği, ancak artan darbe enerjilerinde hasar bölgesindeki fiber ayrılmalarında ve fiber kırılmalarda artış olduğu görülmüştür. Tüm nanokil oranları için hem darbe uygulanan üst yüzeyde hem de alt yüzeyde hasar bölgesinin artan darbe enerjisi ile arttığı görülmüştür.  Ağırlıkça %1 oranında nanokil ilave edilen hibrit kompozitlerin sertliğinin diğer nanokil oranlarına göre daha yüksek olduğu görülmüştür.  %1 nanokil takviyeli kompozit numunelerin %3 ve %5 nanokil içeren kompozit numunelere göre mekanik ve darbe özelliklerinin daha iyi olduğu görülmüştür.

Abstract:
Composite materials are preferred for many applications due to its superior properties and performances. In most cases, composite materials are exposed to instantaneous external force in a short time at different loads or speeds. Damage modes of composite plates may vary depending on the increased impact behaviour including fiber breaks, matrix cracking, delamination, punction and so on. 
In this study, the effect of addition of functionalized nanoclay (silane and amino group) on the mechanical properties and impact behavior of glass fiber / kevlar-epoxy hybrid composites was experimentally investigated. Four different concentrations (0%, 1%, 3% and 5%) of the functionalized nanoclay were selected and mixed into a epoxy resin. For each composite, consecutively stacked of 3 layer of aramid fabric and 1 layer of plain e-glass fabric which totally 12 layer of hybrid composite was produced by hand lay-up method. 
In order to determine its mechanical properties, tensile test was carried for tensile strenght, elongation and Poission's ratio on Shimadzu AG-100 tensile device with a load capacity of 100 kN. Hardness measurement was taken by HWMMT-X brand vicker hardness device. Composite plates were cutted into 100x100 (mm) by water-jet. Impact test of as-prepared composite panels were performed using CEAST Fractovis Plus impact device which works on the principle of weight reduction. Three different impact enerjy (10J, 20J and 30J) was applied to composite plates at ambient conditions. Load-deflection, absorbed energy-time, velocity-time and load-time curves were plotted and each configuration was compared with each together.
As a result of this study, no puncture was observed for all composite plates under three different impact energies; however, fiber breaks in the damage zone was increased with increasing impact energy. For all nanoclay ratio added composite plates, it was observed that the damage zone was increased with increasing impact energy at both surface of the composite. Hardness value shows that at %1 addition of nanoclay in hybrid composite has higher values than that of other prepared composite plates. Furthermore, mechanical strength and impact properties of %1 nanoclay added hybird composite show better performance than that of %3 and %5 nanoclay added hybrid composites