Elektrospin yöntemiyle üretilmiş nano-mat katmanın karbon kumaş/epoksi kompozitlerde kırılma davranışına ve mekanik özelliklerine etkilerinin incelenmesi
Effects of nano-mat layer produced via electrospinning method on the fracture behaviour and mechanical properties of carbon fabric/epoxy composites
Yazar: ADEM YAR
Danışman: PROF. DR. AHMET AVCI ; YRD. DOÇ. DR. VOLKAN ESKİZEYBEK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Nanokompozitler = Nanocomposites ; Polimer kompozitler = Polymer composites ; Tabakalı kompozit levhalar = Laminated composite plates

Özet:
Hali hazırdaki bu çalışma MWCNT takviyeli PAN nanofiberlerin tabakalı Karbon/epoksi kompozit malzemelere uygulanmasını göstermektedir. Öncelikle PAN/MWCNT esaslı nanofiberlerin sentezi elektrospinning tekniğiyle gerçekleştirildi. Daha sonra tabakalar arasında nanofiber bulunan dört farklı karbon/epoksi numuneler vakum yardımlı reçine transfer kalıplama metodu ile konfigürasyonu gerçekleştirilmiştir. PAN esaslı nanofiberler karbon/epoksi kompozitlerin her bir tabaka aralığına çekme ve eğilme numuneleri elde etmek için başarılı bir şekilde yerleştirildi. DCB numunelerinde ise PAN esaslı nanofiberler karbon/epoksi kompozitlerin yalnızca orta tabakasına yerleştirildi. Mekanik özelliklerin belirlenmesi için PAN ve MWCNT/PAN esaslı kompozit malzemelere çekme ve eğilme testleri uygulanmıştır. Aynı zamanda dört farklı karbon/epoksi kompozit malzemelerin DCB testleri de yapılmıştır. Bu testlerden sonra numunelerin kırılma yüzeyleri SEM ve AFM ile morfolojik yapıları incelenmiştir. Bu nedenle toklandırma mekanizmaları altındaki nedenleri elde etmek için dört farklı karbon/epoksi kompozit numuneler detaylı olarak incelenmiştir.
PAN ve MWCNT/PAN esaslı kompozit numunelerin çekme ve eğilme dayanımları nanofiber yerleştirilmeyen referans numunelere göre artmıştır. MWCNT katkılı elektrospun keçeler referans kompozit malzemelere kıyaslandığında tabakalar arası kırılma tokluğunu artırdığı sonuçlarda anlaşılmaktadır. Nanofiber ve MWCNT'nin sinerjik etkisinin sonucu olarak kırılma tokluğundaki artış % 77 olarak belirlenmiştir, ancak PAN5'in kırılma tokluğu yapısal bir kusur olarak davranan MWCNT aglomerasyonundan dolayı PAN3'ten düşük çıkmıştır. Nanofiberlerin varlığından dolayı meydana gelen temel mekanizmalar çatlak tutulması, çatlak yön değiştirmesi, fiber köprüleme, fiber sıyrılması ve fiber kırılmasıdır. Bu nedenle tabakalar arasına yerleştirilmiş böyle bir nanofiber tabakalı kompozit malzemeler için yeni fırsatlar sunmaktadır.

Abstract:
The current study present application of MWCNT reinforced PAN nanofiber interleaves for the laminated Carbon/epoxy. Initially, the synthesis of PAN/MWCNT based nanofibers was performed by electrospinning technique. Afterwards, four types of carbon fiber/epoxy specimen were constructed by Vacuum Assisted Resin Transfer Molding method to evaluate mechanical features. The PAN based nanofiber were successfully placed as interleaves of each adjacent plies of carbon/epoxy composites to obtain tensile and flexural samples. For DCB sample, PAN based nanofiber were placed in the middle of carbon/epoxy composites. Tensile and flexural experiments were applied on PAN and MWCNT/PAN based nanofiber composite to determine mechanical properties. Meanwhile, DCB test was carried out for four types of carbon fiber/epoxy specimens. After performing tests, the fracture surfaces of samples were investigated by SEM and AFM. Hence, four types of carbon fiber/epoxy specimen were investigated to obtain an underlying reason of the toughening mechanism. 
For PAN and MWCNT/PAN samples, the tensile and flexural strength increased with respect to non- interleaved control samples. Results reveal that MWCNT reinforced electrospun mat contribute to enhance interlaminar fracture toughness compared to Reference sample. The fracture toughness energy of MWCNT reinforced electrospun mat shows a 77% increase as a result of the synergetic effect between MWCNT and nanofiber but the fracture toughness energy of PAN5 is lower than PAN3 due to the agglomeration MWCNT which can act as structural defects. The main toughening mechanisms due to the presence of nanofibrous interleave layer in between adjacent plies are crack pinning, crack deflection, fiber bridging, fiber pull- out and fiber breakage. Thus, such an interleaved nanofiber offers new opportunities for the laminated composite materials.