Grafen, karbon nanoşerit ve karbon nanofiber takviyeli nanokompozitlerin mekanik ve termal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical and thermal properties of graphene, carbon nanoribbon and carbon nanofiber reinforced nanocomposites
Yazar: MERVE ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. NURSEL DİLSİZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Epoksi = Epoxy ; Grafen = Graphene ; Karbon nanofiber = Carbon nanofiber ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Termal özellikler = Thermal properties

Özet:
Bu çalışmanın amacı, grafen nanoplaka (GNP), karbon nanoşerit (CNR) ve karbon nanofiber (CNF) nanomalzemelerini üçlü merdane sistemi kullanarak havacılık sınıfı epoksi reçine içerisine homojen olarak dağıtmak ve elde edilen nanokompozit malzemenin termal ve mekanik özelliklerini iyileştirmektedir. Öncelikle, GNP, CNR ve CNF ayrı ayrı epoksi reçineye ilave edilmiştir. Daha sonra sertleştirici ilave edilerek metal kalıplara dökülen karışımların gaz giderimi yapılmış ve 120°C' de 4 saat kürlendirilmiştir.  Nanokompozitlerin mekanik özellikleri üç nokta eğme deneyi ile incelenmiştir. Deney sonucunda en yüksek artış %0,5 GNP ve %0,2 CNF numunelerinde görülmüş ve eğme mukavemeti değerinde katkısız reçineye göre yaklaşık %30 artış sağlanmıştır. Bu sonucu tamamlayıcı olarak üç nokta eğme deneyi sonrası kırılma bölgelerinden yapılan Taramalı Elekron Mikroskobu (SEM) analizi sonucunda CNR katkılı numunelerde aglomerasyonların oluştuğu görülmüştür. Bu nedenle reçine ile yeterince homojen karışmamıştır. Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) analiz sonuçları, nanomalzeme katkısının reçinenin camsı geçiş sıcaklığını düşürdüğünü ortaya koymuştur. Termogravimetrik Analiz (TGA) sonuçları incelendiğinde, bozunma sıcaklığındaki en yüksek artış (%19,6) GNP katkılı numunelerde görülmüştür.

Abstract:
Aim of this study is to distribute graphene nanoplate (GNP), carbon nanoribbon (CNR) and carbon nanofiber (CNF) nanomaterials homogeneously into an aerospace graded epoxy resin using a three roll mill device and thus, to improve thermal and mechanical properties of the obtained nanocomposite material. First of all, GNP, CNR and CNF were added to the epoxy resin separately. Then, by adding the hardener, mixtures poured into metal molds were degassed and cured at 120 °C for 4 h. Mechanical properties of the nanocomposites were investigated by three-point bending. As a result of the experiment, the highest increase was observed in 0.5 wt% GNP and 0.2 wt% CNF samples, and an increase of approximately 30 wt% was achieved in the flexural strength compared to the neat resin. Complementary to this outcome and as a result of scanning electron microscopy (SEM) performed on the fracture regions after the three-point bending test, it was observed that agglomerations were formed in the CNR added samples. Thus, they did not mix sufficiently with the resin. Differential scanning calorimetry (DSC) analysis results revealed that the nanomaterial additive reduced the glass transition temperature of the resin. When the results of the thermogravimetric analysis (TGA) are examined, the highest increase (19,6%) in the decomposition temperature was observed for GNP added samples