Keten fiberli- nanokil katkılı epoksi reçineli kompozit malzemelerin mekanik performanslarının belirlenmesi
Determination of mechanical performance of composite materials with flax fiber epoxy added nanoclay
Yazar: AYBİKE ÇELİK
Danışman: PROF. DR. YELİZ PEKBEY
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde teknolojinin çok hızlı bir şekilde ilerlemesiyle küresel ısınma ve çevre üzerinde artan baskılar nedeniyle, sürdürülebilir kalkınma hedeflerine ulaşmak için doğal fiber takviyeli kompozit malzemelerin kullanımında önemli farkındalıklar oluşmaktadır. Sürdürülebilir kalkınmanın önemli göstergelerinden biri olan karbon ayak izinin azaltılması için otomotiv sektöründe doğal fiber takviyeli kompozit malzemeler kullanılmaktadır. Böylelikle yeşil kompozitlerin kullanımıyla hafiflik, yakıt tasarrufu ve maliyetlerde azalmalar meydana gelmektedir.
Bu tezde, doğal liflerden örülmüş yapılar ile güçlendirilmiş termoset temelli nanokil katkılı kompozit malzemelerin üretilmesi ve bunların mekanik analiz, dinamik mekanik analiz ve termal özelliklerinin belirlenmesi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, doğal fiber olarak keten lifi, keten lifi-matris ara yüzey tutunuşunu artırmak için de ağırlıkça farklı oranlarda epoksi içerisine nanokil ilave edilerek kompozit malzemenin üretimi gerçekleştirilerek mekanik performansları karşılaştırılmıştır. Üretilen nano katkılı keten lifli-epoksi kompozitin malzemenin mekanik performans ve termal özellikleri çekme, eğme, kayma, burkulma testleri, dinamik mekanik analiz (DMA) ve termogravimetrik analiz (TGA) ile de termal özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca, taramalı elektron mikroskobu ile nanokil ve epoksi arayüzey bağı incelenmiştir.
Optimal nanokil miktarı, daha iyi bir arayüz bağlantısı ve kuvvet transferiyle birlikte elastisite modülünde artışa neden olur. Nanokilin kompozit matris malzemesiyle uyumlu bir şekilde birleşmesi ve homojen bir yapı oluşturması, kompozitin mekanik dayanıklılığını artırmıştır.
En yüksek elastisite modülü, çekme dayanımı ve eğilme dayanımı ağırlıkça % 0,5 nanokil içeren kompozit plakada elde edilmiştir. % 0,5 nanokil katkılı kompozit numunelerin elastisite modülü, katkısız kompozite göre yaklaşık % 27 daha yüksektir. Ancak, ağırlıkça % 1 nanokil katkılı kompozitin eğilme modülü, katkısız (yalın) keten kumaş takviyeli epoksi kompozite göre yaklaşık % 8, ağırlıkça % 1,5 nanokil katkılı kompozitin eğilme modülü, katkısız (yalın) keten kumaş takviyeli epoksi kompozite göre yaklaşık % 16 daha fazladır. En yüksek depolama modulü ağırlıkça % 1 nanokil içeren keten kumaş takviyeli epoksi kompozit plakaya aittir.

Abstract:
Today, due to the rapid advancement of technology, global warming and increasing pressures on the environment, significant awareness has arisen in the use of natural fiber reinforced composite materials in order to achieve sustainable development goals. Natural fiber reinforced composite materials are used in the automotive industry to reduce the carbon footprint, which is one of the important indicators of sustainable development. Thus, with the use of green composites, lightness, fuel savings and cost reductions occur.
In this thesis, the production of thermoset-based nanoclay reinforced composite materials reinforced with structures made of natural fibers and their mechanical analysis, dynamic mechanical analysis and thermal properties were determined. For this purpose, flax fiber as a natural fiber, and nanoclay in epoxy in different weight ratios to increase the flax fiber-matrix interface adhesion were produced and the mechanical performances of the composite material were compared. The mechanical performance and thermal properties of the produced nano-doped linen fiber-epoxy composite were determined by tensile, bending, shear, buckling tests, dynamic mechanical analysis (DMA) and thermogravimetric analysis (TGA). In addition, nanoclay and epoxy interfacial bonds were investigated by scanning electron microscopy.
The optimal amount of nanoclay results in an increase in the modulus of elasticity with better interfacial bonding and force transfer. The harmonious combination of nanoclay with the composite matrix material and the formation of a homogeneous structure increased the mechanical durability of the composite.
The highest modulus of elasticity, tensile strength and flexural strength were obtained in the composite plate containing 0.5% by weight nanoclay. The elastic modulus of 0.5% nanoclay added composite samples is approximately 27% higher than the undoped composite. However, the flexural modulus of 1% by weight nanoclay added composite is approximately 8% higher than the plain linen fabric reinforced epoxy composite, and the flexural modulus of the 1.5% wt% nanoclay added composite is approximately 16% higher than the undoped (lean) linen fabric reinforced epoxy composite. The highest storage module belongs to the linen fabric reinforced epoxy composite plate containing 1% by weight of nanoclay.no significant increase was observed in the thermogravimetric analysis (TGA) results.