Nanojelkot kaplamalı cam elyaf takviyeli polimer kompozitlerin yaşlandırma sonrası mekanik, termal ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi ve istatistiksel analizi
Investigation and statistical analysis of the mechanical, thermal and physical properties of nanogelcoat coated glass fiber reinforced polymer composites after aging
Yazar: GÖKHAN DEMİRCAN
Danışman: PROF. DR. MURAT KISA
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Polimer kaplama = Polymer coating ; Yapay yaşlandırma = Artificial aging

Özet:
Lif takviyeli polimer kompozitler sahip oldukları yüksek mukavemet ve hafiflik özelliklerinden dolayı klasik kompozitlere göre daha çok tercih edilirler. Montaj, tamirat ve üretim kolaylığından dolayı denizcilik alanlarında tercih edilen bu kompozitler çevresel şartlara maruz kalırlar. Olağanüstü özelliklere sahip olmalarına rağmen, ultraviyole radyasyona (UV), donma/çözülme döngülerine veya değişken hidrotermal koşullar gibi çevresel şartlara maruz kaldıklarında kullanım ömürleri azalır. Bu etkileri minimuma düşürüp kullanım ömürlerini optimum hale getirebilmek için lif takviyeli polimer kompozitlere jelkot kaplama uygulaması yapılır. Jelkotlar özellikle cam elyaf takviyeli polimer (CTP) kompozitler için yüzey görüntü kalitesi ve dış etkilere karşı performansı arttırmak maksadı ile kullanılır. En yaygın kullanılan jelkotlar, epoksi veya doymamış polyester bazlı termoset polimerlerdir. Literatürde CTP'lerin klasik jelkotlar ile kaplanarak çevresel şartlara karşı dayanım özelliklerini arttırma konusu üzerine çalışmalar mevcuttur.  CTP'lerin kullanım ömürleri bu yöntem ile arttırılsa da daha uzun kullanım ömürlerine sahip kompozitlere ihtiyaç duyulmaktadır. Geleneksel olarak kullanılan jelkotlara kıyasla nanopartikül katkılı jelkotların mekanik ve bariyer özelliklerinin daha iyi olduğu bilinmektedir. Fakat nanopartikül katkılı jelkotların kompozitler için özellikle denizcilik alanlarında kullanılan CTP'ler için, kaplama uygulamalarında kullanılması ve bu kaplamanın kompozit malzemeyi çevresel şartlardan nasıl koruyacağı ile ilgili çalışmalar yok denilecek kadar azdır. Bu çalışmada cam elyaf takviyeli epoksi kompozitlerin yüzeyleri nanopartikül katkılı jelkotlar ile kaplanmış ve zorlu çevresel şartlara dayanıklılıkları test edilmiştir. Çalışma için cam elyaf seçilmesinin sebebi malzeme ve üretim maliyetinin düşük olması ve denizcilik alanında oldukça fazla kullanılmasıdır. Nanopartikül olarak literatürde de jelkot için olumlu katkıları olduğu bilinen titanyum dioksit (TiO2) ve nanokil kullanılmıştır. Kaplama yöntemi olarak püskürtme kaplama yöntemi tercih edilmiştir. Kompozitler donma/çözülme döngüsü ve değişken hidrotermal koşullara maruz bırakılmış ve ardından bu faktörlerin kompozit malzemenin mekanik ve termal özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir. Mekanik testler; çekme testi, eğilme testi, basma testi ve tabakalar arası kayma testleridir.  Termal testler Diferansiyel termal analiz (DTA) ve Termogravimetrik analiz (TGA) testleridir. Testlerden sonra deneysel sonuçların birbirleri arasındaki ilişkileri ve anlam bağıntıları ANOVA analizi ile istatiksel olarak değerlendirilmiştir. Sonuç olarak nano TiO2'nin kompozit malzemenin hem mekanik hem de termal açıdan koruyucu özelliğini arttırdığı fakat nanokilin düşürdüğü tespit edilmiştir.

Abstract:
Fiber-reinforced polymer composites are more preferred than conventional composites due to their high strength and lightness properties. These composites, which are preferred in marine applications due to their ease of assembly, repair and production, are exposed to environmental conditions. Despite having exceptional properties, their expected lifetime is reduced when exposed to environmental conditions such as ultraviolet radiation (UV), freeze/thaw cycles, or variable hydrothermal conditions. In order to minimize these effects and optimize their lifetime, gelcoat coating is applied to fiber-reinforced polymer composites. Gelcoats are especially used for glass fiber reinforced polymer (GRP) composites to improve surface quality and performance against environmental conditions. The most commonly used gelcoats are thermoset polymers based on epoxy or unsaturated polyester. In the literature, there are studies on the subject of increasing the resistance properties of GRPs against environmental conditions by coating them with classical gelcoats. Although the expected lifetime of FRPs is increased with this method, composites with longer lifetimes are needed. It is known that the mechanical and barrier properties of nanoparticle-doped gelcoats are better than traditionally used gelcoats. However, there are very few studies on the use of nanoparticle-doped gelcoats in coating applications for composites, especially for GRPs used in maritime areas, and how this coating will protect the composite material from environmental conditions.In this study, the surfaces of glass fiber reinforced epoxy composites were coated with nanoparticle-doped gelcoats and their resistance to harsh environmental conditions was tested. The reason for choosing glass fiber for the study is that the material and production cost is low and it is widely used in the marine applications. Titanium dioxide (TiO2) and nanoclay, which are known to have positive contributions to gelcoat in the literature, were used as nanoparticles. Spray coating method was preferred as the coating method. Composites were exposed to freeze/thaw cycle and variable hydrothermal conditions, and then the effects of these factors on the mechanical properties of the composite material were investigated. Mechanical tests are tensile test, bending test, compression test and interlayer shear tests. Thermal tests are Differential thermal analysis (DTA) and Thermogravimetric analysis (TGA) tests. After the tests, the relations between the experimental results and the meaning relations were evaluated statistically by ANOVA analysis. As a result, it was determined that nano TiO2 increased both the mechanical and thermal protective properties of the composite material, but the nanoclay decreased it.